Ku coordonne la résection des fourches de réplication bloquées, et stimule le redémarrage des fourches par la recombinaison homologue

par Ana Carolina Silva (Carlos Teixeira da Silva)

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Sarah Lambert.

Soutenue le 20-06-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne) , en partenariat avec Stress génotoxiques et Cancer (Orsay,Essonne) (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Simon Saule.

Le jury était composé de Sarah Lambert, Simon Saule, Patrick Calsou, Marie-Noëlle Simon, Bénédicte Michel, Massimo Lopes.

Les rapporteurs étaient Patrick Calsou, Marie-Noëlle Simon.


  • Résumé

    Au cours de la réplication de l’ADN, les cellules rencontrent régulièrement des obstacles d’origine endogène et exogène qui peuvent mettre en péril la réplication des génomes et menacer la duplication et ségrégation des chromosomes en mitose. La Recombinaison Homologue (RH) a un rôle bien caractérisé dans la réparation des cassures double-brin. Par contre, son rôle dans la protection et le redémarrage des fourches de réplication est moins bien caractérisé. Il a été montré par l’équipe que le redémarrage des fourches bloquées par la RH dépend de la formation d’ADN simple-brin et pas d’une cassure double-brin.Afin d’étudier les mécanismes par lesquels la RH contribue au sauvetage des fourches de réplication bloquées, un système permettant de bloquer localement la progression d’une seule fourche de réplication a été utilisé. Cet essai génétique a permis de montrer que le redémarrage de fourches bloquées par la RH est associé à une synthèse d’ADN fautive suite à des événements de glissement de la polymérase au niveau de micro-homologies. Un marqueur génétique a été associé à la barrière de réplication afin de mesurer l’efficacité de redémarrage des fourches bloquées et d’étudier l’étape de résection (i.e formation de l’ADN simple brin) dans différents fonds génétiques.Dans ce travail, le rôle de facteurs impliqués dans la résection a été étudié dans le contexte d’un blocage de fourche de réplication. Comme pour la réparation de cassures double-brin, la résection des fourches bloquées se fait en deux étapes : résection initiale et extensive. La résection initiale, de faible portée, dépend du complexe MRN (Mre11/Rad50/Nbs1) et Ctp1. A cette étape, la dégradation de l’ADN néosynthétisé se fait sur une distance de 110 bp. Cette résection est suffisante pour permettre de recruter les facteurs de la RH, mais est aussi nécessaire pour que les fourches continuent à être résectées. L’absence de MRN et/ou Ctp1 conduit à un défaut de redémarrage. La résection extensive, qui expose de l’ADN simple brin sur une distance de 0,8 à 1Kb, est largement dépendante de la nucléase Exo1. Contrairement à la résection initiale, la résection extensive n’est pas critique pour le redémarrage des fourches par la RH.De façon intéressante, le facteur Ku, connu pour être impliqué dans la jonction d’extrémités non-homologue, a un rôle dans le contrôle de la résection initiale et extensive et dans l’optimisation du redémarrage des fourches bloquées. Plus précisément, en absence de Ku, de l’ADN simple-brin s’accumule en amont des fourches bloquées, et la dynamique de redémarrage est affaiblie, mais pas abolie. Globalement, ces résultats clarifient une étape cruciale dans le redémarrage des fourches par la RH : la résection.

  • Titre traduit

    Ku orchestrates resection at terminally-arrested replication forks, and stimulates fork restart by homologous recombination


  • Résumé

    On a regular basis, cells encounter endogenous and exogenous replication stresses that jeopardize the progression of replication forks, thus threatening both the accuracy of chromosome duplication and their segregation during mitosis. Homologous recombination (HR) has a well-known role in repairing DNA double strand breaks (DSB). Other less acknowledged functions of HR are to protect and restart impeded forks. As it was previously reported by the team, restarting replication forks by HR requires the exposure of a single-stranded gap through fork resection, and not a DSB, to allow the recruitment of recombination factors.To study the effects of HR in blocked replication forks, a conditional fork barrier (RFB) was used to terminally-arrest replication at a specific locus. This construct allowed to determine that replication restart by HR is error-prone, leading to replication forks liable to slippage at micro-homology. A genetic reporter assay was placed in the vicinity of the RFB to allow the efficiency of replication restart and the step of resection to be quantified.In here, we explored factors involved in the formation of ssDNA gaps at halted replication forks. Similarly to DSB repair, resection in fork restart occurs in two steps. The initial resection is performed by MRN (Mre11/Rad50/NBS1) and Ctp1. This small degradation of approximately 110 bp of newly synthetized strands is sufficient to recruit HR factors and is required to promote the subsequent resection. The absence of either MRN or Ctp1 leads to defective replication restart by HR. The extensive resection (about 0.8-1Kb in size) is largely dependent on the nuclease Exo1, and it is not required for efficient fork restart.Interestingly, the non-homologous end-joining factor Ku was found to have a role in orchestrating initial and extensive resection and fine-tuning fork restart. Specifically, in the absence of Ku, ssDNA accumulates at the terminally-arrested replication forks, and fork restart dynamics is decreased, but not abolished. Overall, these results shed light on a delicate step of replication fork recovery by homologous recombination: resection.


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