Rôle de l’association entre BRCA2 et DDX5 lors de la réponse aux dommages de l’ADN

Role of the Interaction of BRCA2 and DDX5 in the DNA Damage Response

• Auteur / Autrice : Gaetana Sessa
• Direction : Aura Carreira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 09/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cancérologie : biologie-médecine-santé (Villejuif, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Intégrité du génome, ARN et cancer (2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Simon Saule
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Legube, Angelos Constantinou, Stéphan Vagner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gaëlle Legube, Angelos Constantinou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Motifs et domaines d'intéraction protéique

Biologie cellulaire

Biochimie

Cancer du sein

Mots clés libres

Brca2

Recombinaison homologue

Cancer du sein

Interactions proteine-Proteine

Ddx5

Hybrids ADN-ARN

Brca2

Homologous recombination

Breast cancer

Protein-Protein interactions

Ddx5

DNA-RNA hybrids

Résumé

Un nombre croissant d’études soutiennent le fait que les protéines majeures du métabolisme des ARN, telles que les hélicases ARN, sont impliquées dans la réponse aux dommages à l’ADN. Cette activité est généralement accomplie par leur interaction avec des facteurs de réparation de l’ADN. BRCA2, une protéine suppressive de tumeurs, joue un rôle crucial dans la réparation des cassures double-brin (CDB) de l'ADN par recombinaison homologue (RH) et donc, est un facteur essentiel pour l’intégrité du génome. Les cellules déficientes pour BRCA2 accumulent des hybrides ADN-ARN ou R-loops, une source de dommage à l'ADN, suggérant ainsi l’importance de cette protéine dans la prévention ou la suppression de ces structures. Toutefois, le rôle spécifique de BRCA2 dans la résolution des hybrides ADN-ARN reste inconnu.Afin de connaître des potentiels partenaires de BRCA2, une analyse par spectrométrie de masse réalisée dans notre laboratoire a révélé un enrichissement en protéines impliquées dans le métabolisme de l'ARN, comme les hélicases ARN. Ces résultats nous ont menés à examiner la coopération entre BRCA2 et les hélicases ARN dans la séparation des structures ADN-ARN. Nous avons d’abord confirmé l'interaction entre l'hélicase ARN DDX5 et BRCA2, qui est améliorée dans les cellules exposées à γ-irradiation. Ensuite, nous avons réduit l’interaction aux premiers 250 aa de BRCA2 (BRCA2T1) et avons constaté que celle-ci est directe en utilisant des protéines purifiées. En collaboration avec le laboratoire du docteur A. Aguilera (Cabimer, SP), nous avons montré que la déplétion de DDX5 conduit à une accumulation des hybrides ADN-ARN dans l’entièreté du génome, particulièrement aux sites de dommages à l’ADN. De plus, nos résultats indiquent que DDX5 localise aussi aux hybrides ARN-ADN qui se forment à proximité de CDB.De manière intéressante, nous avons constaté que BRCA2 est important pour la rétention de DDX5 aux sites de dommage à l’ADN induit par l’irradiation laser. Notamment, des tests de déroulement de brins in vitro en utilisant les protéines purifiées DDX5 et BRCA2 ont révélé que BRCA2 stimule l’activité de déroulement des R-loops de DDX5.Un variant de signification inconnue (VSI) trouvé dans de patients atteints de cancer du sein situé dans la région BRCA2T1 (T207A) réduit l’interaction de BRCA2 avec DDX5 et conduit à l’accumulation des hybrides ADN-ARN. Les cellules exprimant stablement BRCA2-T207A montrent également une diminution de l’association de DDX5 avec les hybrides ARN-ADN, en particulier lors d’une exposition de cellules à l’irradiation. L’analyse de l’efficacité de la réparation des CDB par RH dans les cellules déficientes en DDX5 ou exprimant BRCA2-T207A, montre une cinétique retardée de l’apparition des foyers de réparation RAD51 lors de l’irradiation, ce qui suggère un rôle actif de l’interaction BRCA2-DDX5 pour assurer la réparation par RH efficacement. En accord avec cette hypothèse, la ribonucléase RNAseH1, qui dégrade spécifiquement la fraction d’ARN dans les structures d’ADN-ARN, restaure partiellement le phénotype de cinétique des foyers RAD51 dans les cellules BRCA2 T207A. De plus, les cellules portant le variant BRCA2-T207A ont également montré un nombre réduit de foyers RPA par rapport aux cellules qui expriment BRCA2 sauvage, témoins d’un défaut dans l’étape qui précède le chargement de RAD51 aux CDB.Ensemble, nos résultats suggèrent que les hybrides ADN-ARN représentent un obstacle à la réparation des CDB par RH et révèlent BRCA2 et DDX5 en tant que facteurs actifs dans leur suppression.

Increasing evidence support the idea that proteins involved in RNA metabolism such as RNA binding proteins (RBPs) and RNA helicases are directly implicated in the DNA damage response (DDR). This activity is generally achieved through their interaction with DNA repair factors.BRCA2 is a tumor suppressor protein that plays an important role in the repair of DNA double-strand breaks (DSBs) by homologous recombination (HR) as well as protecting stalled replication forks from unscheduled degradation; therefore, it is essential to maintain genome integrity. Interestingly, BRCA2 deficient cells accumulate DNA-RNA hybrids or R-loops, a known source of DNA damage and genome instability, providing evidence for its role in either R-loop prevention or processing. However, the specific role of BRCA2 on these structures remains poorly understood.A mass spectrometry screen to identify partners of BRCA2 performed in our laboratory revealed an enrichment of proteins involved in RNA metabolism such as RNA helicases. These findings led us to investigate whether BRCA2 could cooperate with these candidate interacting RNA helicases in processing DNA-RNA structures. First, we confirmed the interaction of BRCA2 and the DEAD-box RNA helicase DDX5, which we found is enhanced in cells exposed to -irradiation. Then, we narrowed down the interaction to the first 250 aa of BRCA2 (BRCA2T1) and found that it is direct using purified proteins. In collaboration with A. Aguilera lab (Cabimer, SP), we could show that depletion of DDX5 leads to a genome-wide accumulation of DNA-RNA hybrids that is particularly enriched at DNA damage sites. DDX5 associates with DNA-RNA hybrids that form in the vicinity of DSBs. Interestingly, we found that BRCA2 is important for the retention of DDX5 at laser irradiation-induced DNA damage. Notably, in vitro R-loop unwinding assays using purified DDX5 and BRCA2 proteins revealed that BRCA2 stimulates the R-loop helicase activity of DDX5.A breast cancer variant of unknown clinical significance (VUS) located in BRCA2T1 (T207A) reduced the interaction between BRCA2 and DDX5 and led to the accumulation of DNA-RNA hybrids. Cells stably expressing BRCA2-T207A also showed a decreased association of DDX5 with DNA-RNA hybrids, especially upon irradiation. Notably, monitoring RAD51 foci to evaluate HR-mediated DSBs repair efficiency in either DDX5-depleted cells or in BRCA2-T207A cells resulted in a delayed kinetics of appearance of RAD51 foci upon irradiation suggesting an active role of BRCA2-DDX5 interaction in ensuring timely HR repair. In agreement with this, overexpression of the RNAseH1 ribonuclease, that specifically degrades the RNA moiety in DNA-RNA structures, partially restored RAD51 kinetics phenotype of BRCA2-T207A cells. Moreover, cells bearing BRCA2-T207A variant also showed a reduced number of RPA foci compared to BRCA2 WT expressing cells, a step that precedes RAD51 loading at DSBs.Taken together, our results are consistent with DNA-RNA hybrids being an impediment for the repair of DSBs by HR and reveal BRCA2 and DDX5 as active players in their removal.