Rôle du médiateur et des cohésines dans la réparation des dommages oxydatifs de l'ADN

par Emilie Lebraud (L'ecuyer)

Projet de thèse en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Anna Campalans.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Stabilité génétique, cellules souches et radiations (laboratoire) , LRIG - Laboratoire de recherche sur l'instabilité génétique (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Les composants cellulaires sont constamment exposés à un stress oxydatif, lié à l'environnement et au métabolisme cellulaire. Les espèces réactives de l'oxygène produites par ce stress induisent de nombreuses lésions dans l'ADN, telles que l'oxydation des bases, la formation de sites abasiques ou la cassure de brins d'ADN. Ces dommages sont corrigés par un panel de systèmes de réparation, qui jouent un rôle critique dans la survie cellulaire et dans la prévention de pathologies telles que les maladies neurodégénératives ou le cancer. La modification de bases est le type de dommage le plus abondant, généré spontanément ou par des agents exogènes. Notre laboratoire s'intéresse ainsi au système de réparation par excision de base (BER), qui élimine les bases nucléotidiques altérées. Des études antérieures ont montré la formation « d'usines de réparation du BER » suite à des traitements induisant l'oxydation des bases dont la forme la plus courante est la 8-oxoguanine (8-oxoG). Dans le cas de cette lésion mutagène, l'assemblage du complexe BER dépend du recrutement d'OGG1 à la chromatine, l'enzyme qui reconnaît et excise la 8-oxoG. Cependant, ce recrutement ne nécessite pas la reconnaissance de la 8-oxoG, indiquant que d'autres signaux interviennent pour initier la réparation de la 8-oxoG par OGG1. Un crible à haut débit a été réalisé dans des cellules humaines pour rechercher des protéines impliquées dans le recrutement d'OGG1. Deux complexes ont été identifiés, les cohésines et le médiateur de la transcription. Dans ce projet de recherche, nous avons exploré le rôle de ces protéines dans la relocalisation d'OGG1 suite à un stress oxydatif. Nos études ont tout d'abord permis d'identifier des protéines essentielles au recrutement d'OGG1 : les protéines formant l'anneau de cohésines (SMC1, SMC3 et RAD21), plusieurs sous-unités du médiateur dont MED14, ainsi que le module CDK (MED12, MED13, Cycline C et CDK8). De plus, ces protéines sont nécessaires pour le recrutement d'OGG1 tout au long du cycle cellulaire. Nos résultats montrent que la relocalisation d'OGG1 sur la chromatine est liée à sa fonction de réparation de la 8-oxoG. Nous avons d'autre part montré que deux sous-unités du médiateur (MED12 et CDK8) sont relocalisées dans l'euchromatine, comme OGG1, de façon dépendante du corps du médiateur et des cohésines. Enfin, l'association d'OGG1 avec ses partenaires a été validée par microscopie FLIM-FRET et co-immunoprécipitation dans des conditions de stress oxydatif. En conclusion, ces résultats montrent pour la première fois un lien entre la réparation des bases oxydées et les complexes du médiateur et des cohésines, tous deux connus pour leur participation à d'autres voies de réparation de l'ADN. L'identification des mécanismes moléculaires et de nouveaux facteurs impliqués dans la réparation des bases oxydées pourrait fournir à terme des éléments essentiels pour la prise en charge de maladies telles que le cancer ou les maladies neurodégénératives.

  • Titre traduit

    Mediator's and Cohesin's role in the repair of oxidative DNA damage


  • Résumé

    Our laboratory focuses on the base excision repair (BER) mechanism that is responsible for the removal of damaged bases in DNA. Oxidative DNA damage is generated spontaneously by the endogenous metabolism of the cells or induced exogenously by chemical or physical agents. Our aim is to understand how BER complexes are assembled in the context of the cell nucleus in response to genotoxic stress. We previously found that after treatments generating oxidized bases into cellular DNA BER complexes are assembled on the chromatin. In the case of the 8-oxoguanine (8-oxoG) mutagenic lesion, assembly of the BER complex depends on the recruitment to the chromatin of OGG1, the DNA glycosylase that recognizes and excises the lesion. Surprisingly, characterization of OGG1 mutants that are not able to recognize 8-oxoG showed that the recruitment of this initiator protein does not require the recognition of the damaged base. This suggests that there are other mechanisms that allow recruitment of the enzyme to chromatin and thus initiation of the repair of the 8-oxoG by the BER. We performed a high-throughput siRNA screen in human cells to identify proteins required for the recruitment of OGG1 to chromatin. Among the candidates issued from the screen, two groups of proteins were selected for further study: members of the mediator and cohesin complexes. In this project, we explored the role of these proteins in OGG1 relocalization after an oxidative stress. Our studies confirmed the requirement of essential proteins for OGG1 recruitment: cohesins subunits (SMC1, SMC3 and RAD21), mediator subunits including the central protein MED14, and CDK subunits (MED12, MED13, Cyclin C and CDK8). Requirement of all these proteins is independent of the cell cycle. Furthermore we show that recrutement of OGG1 is essential for its 8-oxoG repair function. Microscopy studies revealed recruitment and colocalization of two mediator subunits (MED12 and CDK8) with OGG1 on euchromatin domains after an oxidative stress. Finally, the association between OGG1 and its partners, specifically after an oxidative stress, was validated by FLIM-FRET microscopy and co-immunoprecipitation. To conclude, these results show for the first time a link between repair of oxidized bases and mediator and cohesin complexes, both of them being already involved in other DNA repair pathways. The identification of molecular mechanisms and new factors involved in the repair of oxidized bases may ultimately provide new elements for the management of diseases such as cancer and neurodegenerative diseases.