Analysis of the role of XPA and XPC during the first steps of the nucleotide excision repair pathway

par Bruno Miguel Bernardes de Jesus

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jean-Marc Egly.

Soutenue en 2008

à Strasbourg 1 .

  • Titre traduit

    Analyse du rôle de XPA et XPC dans les premières étapes du mécanisme de réparation par excision de nucléotides


  • Résumé

    Afin de préserver l'intégrité du génome des différentes lésions de l'ADN, plusieurs mécanismes de réparation ont été mis en place dans les cellules de mammifères. La persistance des dommages de l'ADN dans le génome peut potentiellement porter atteinte à l'intégrité cellulaire et à l'homéostasie, mais peut aussi conduire à l'apoptose de la cellule, à la sénescence ou au cancer. Les mécanismes de réparation de l'ADN sont généralement divisés en quatre grandes voies en fonction de la lésion portée par l'ADN : BER (réparation par excision de base), NER (réparation par excision de nucléotides), DSBR (réparation des cassures double brins), et MMR (réparation des mésappariements). NER est une voie de réparation de l'ADN qui traite une grande variété de lésions volumineuses (telles que les dommages à l'ADN formés par le rayonnement UV ou induits par les produits chimiques). Ce mécanisme pourrait être divisé en deux sous-voies: TCR (réparation couplée à la transcription) ou GGR (réparation globale du génome). BER est la voie responsable de la réparation des lésions qui distordent moins l’ADN, comme les modifications de bases, telle que celle produite par le stress oxydatif ou par la désamination. Dans la GGR, le complexe XPC-HR23B est responsable de l’étape de reconnaissance de la lésion, illustrant ainsi in vivo la première association entre des protéines de réparation et l’ADN endommagé. En plus de l’activité d’ouverture à proximité du dommage, XPC pourrait aider à la réparation de des dommages oxydatifs de l'ADN. Des mutations dans la voie de NER pourraient conduire à trois maladies génétiques: Xeroderma pigmentosum (XP), le syndrome de Cockayne (CS) et la trichothiodystrophie (TTD). XP est caractérisé par une extrême sensibilité à la lumière du soleil, une prédisposition au cancer de la peau et, dans certains cas, des de��ficiences neurologiques. Les différentes manifestations pathologiques observées chez les patients XP nous ont guidé pour étudier la corrélation possible entre le phénotype et le génotype de ces patients. Les résultats obtenus avec des patients XP-C ont contribué à une meilleure compréhension de l’étape de reconnaissance du dommage pendant la réparation par NER. Dans le même temps, nous avons montré comment des mutations observées chez des patients XP-C peuvent abolir certains processus biologiques, et que la protéine XPC mutée dans les différents processus biologiques pourrait contribuer au phénotype du patient. Dans un second temps, nous avons également été intéressés par le rôle de XPA dans la voie de NER. De récents résultats ont démontré que XPA vérifiait la bonne conformation de l’ADN, illustrant un possible «checkpoint» au cours de la réaction de réparation. En effet, les mutations dans XPA conduisent la réaction de réparation vers une impasse, état qui pourrait contribuer à certains des phénotypes observes chez certains patients XP. Nos résultats avec les protéines XPC (impliquées dans la reconnaissance de la lésion) et XPA (impliquées dans la vérification de la lésion) ont contribué à dessiner une image plus précise de la première étape de la NER. Dans le même temps, nous avons élucidé certaines propriétés biochimiques qui pourraient être à l’origine des phénotypes observés chez les patients XP, en aidant à une meilleure caractérisation de la pathologie XP.


  • Résumé

    To preserve the genome integrity from different deleterious DNA lesions, various mechanisms of DNA repair have been enhanced in mammalian cells. The persistence of DNA damages in the genome can potentially impair the cell integrity and homeostasis, driving the cell to apoptosis, senescence or cancer. DNA repair mechanisms are commonly divided into four major pathways depending on the DNA substrate: BER (base excision repair), NER (nucleotide excision repair), DSBR (double-strand break repair), and MMR (mismatch repair). NER is a global DNA repair pathway that deals with a wide variety of bulky lesions (such as DNA damage formed by UV radiation or DNA adducts induced by mutagenic chemicals). It could be divided in two sub-pathways, Transcription Coupled Repair (TCR) and Global Genome Repair (GGR). BER is the pathway responsible for the repair of nondistorting lesions, mainly single base modification, such as the one produced by oxidative stress, or base deamination. In GGR, the XPC–HR23B complex is responsible for the crucial damage-sensing step, being the first protein associating to the damaged regions in vivo. Besides initiating GGR, XPC could assist the repair of oxidative DNA damages. Mutations in the NER pathway could lead to three genetic diseases: Xeroderma pigmentosum (XP), Cockayne Syndrome (CS) and Trichothiodystrophy (TTD). XP is characterized by extreme sun sensitivity, predisposition to skin cancer and, in some cases, neurological impairments. The different pathological symptoms observed among XP patients guided us to study the possible correlation between patients’ phenotype and genotype. Our results with XP-C mutants helped in the understanding of the recognition step during the NER pathway. At the same time, we have shown how mutations in XPC abolish different biological processes, and how the function of XPC in different biological pathways could contribute to the patient’s phenotype. Together with XPC, we were also interested in the role of XPA during the NER process. Recent works demonstrated that XPA verifies the correct lesion conformation, being a possible “checkpoint” protein during the repair reaction. Indeed, XPA mutations guide the repair reaction to a stalled state which could contribute to some of the observed XP-A phenotype. Our results with XPC (lesion targeting) and XPA (lesion verification) helped drawing a more correct picture of the initial steps of the NER process. At the same time, we unmask some biochemical properties behind the patients’ phenotypes, helping in a better characterization of the XP pathology.

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  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5828
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 7822
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