Fonction et régulation de l'ADN polymérase spécialisée eta dans la stabilité des séquences d'ADN intrinsèquement difficiles à répliquer

par Alice Cahn

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Patricia Kannouche.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Cancérologie : biologie - médecine - santé , en partenariat avec Cnrs UMR 8200 - Stabilité Génétique et Oncogenèse (laboratoire) , Polymérases translésionnelles et cancer (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La réplication entière et fidèle du génome est cruciale pour la ségrégation correcte des chromosomes en mitose, et la formation de deux cellules filles identiques à la cellule mère. La réplication repose principalement sur les ADN polymérases réplicatives qui sont très fidèles. Cependant, ces polymérases peuvent rencontrer de nombreuses barrières, des dommages de l'ADN endogènes ou exogènes, bloquant leur progression. L'inachèvement de la réplication de l'ADN est une menace sévère pour la stabilité du génome puisqu'il peut conduire à des réarrangements chromosomiques, ou à une aneuploïdie. L'ADN polymérase eta est une polymérase spécialisée, notamment caractérisée pour sa capacité à poursuivre la réplication à travers des lésions de l'ADN induites par les UV. Ce processus est favorisé par la modification post-traductionelle de PCNA par l'ubiquitine (Ub-PCNA). Des mutations héréditaires dans le gène codant pour pol eta sont à l'origine du syndrome Xeroderma pigmentosum variant (XPV), dans lequel les cancers de la peau sont favorisés, et qui se caractérise par un défaut de la réplication induit par les UV, et une hypermutabilité. Récemment, il a été montré que pol eta a un rôle indépendant des lésions, au cours de la réplication de l'ADN, puisqu'elle est requise pour la stabilité de régions de l'ADN intrinsèquement difficiles à répliquer, appelés les sites fragiles communs (CFSs). Ce sont des sites répliqués tardivement au cours de la phase S, et qui ont tendance à casser sous l'effet d'un stress réplicatif. Cette observation était inattendue compte tenu de la tendance de pol eta a engendrer des erreurs lors de la réplication de matrices d'ADN non-endommagées. nous avons montré que cette fonction repose sur la SUMOylation de pol eta, une modification post-traductionnelle requise pour son recrutement aux fourches de réplication durant la phase S non perturbée, et nous avons proposé que la polymérase eta est régulée différemment au niveau des sites d'ADN endommagés par les UV et au niveau de sites intrinsèquement difficiles à répliquer. Des résultats préliminaires du laboratoire suggèrent que la polymérase eta est également active en début et milieu de phase S, bien que la nature des séquences qu'elle réplique n'est pas encore définie. Dès lors, ce projet tend à répondre à trois questions, déterminer si pol eta est un composant constitutif du réplisome ou bien si elle est recrutée spécifiquement pour parer d'éventuelles difficultés de réplication. De plus, les sites fragiles communs sont-ils les seuls sites nécessitant pol eta pour leur réplication? et enfin, UbPCNA est il requis pour cette fonction indépendante de lésions, ou est-il uniquement requis pour le rôle UV-dépendant de pol eta ?

  • Titre traduit

    Function and regulation of specialised DNA polymerase eta in the stability of intrinsically difficult-to-replicate DNA loci


  • Résumé

    The complete and faithful replication of the genome is crucial for the correct segregation of the chromosomes in mitosis and the generation of two daughter cells identical to the mother cell. This is mostly achieved by the high fidelity replicative DNA polymerases. However, these polymerases can encounter numerous replication barriers stalling their progression, including endogenous and exogenous DNA damage or nonB DNA structures. Incompletion of DNA replication is a severe threat to genome stability as it can lead to chromosome rearrangements and aneuploidy. DNA polymerase eta is a specialised polymerase best characterized for its capacity to replicate across UV-induced DNA lesions, a process promoted by post-translational modification of the sliding clamp PCNA by ubiquitin (UbPCNA). Hereditary mutations in the gene coding for pol eta are responsible for the skin cancer-prone xeroderma pigmentosum variant syndrome (XPV), characterized by UV-induced replication defect and hypermutability. Recently, pol eta was shown to have a lesion-independent role during DNA replication, as it is required for the stability of inherently difficult-to-replicate DNA loci called common fragile sites (CFS), which are late-replicating regions highly prone to breakage upon replication stress. This finding was rather unexpected given the error-proneness of pol eta on lesion-free templates. We showed that this function relies on the SUMOylation of pol eta, a post-translational modification required for its recruitment at replication forks during unperturbed S-phase and we proposed that pol eta is differentially regulated at difficult-to-replicate DNA loci and at DNA lesions. Preliminary results from the laboratory suggest that pol eta may also act during early and mid S phase, although it is not yet clear if it is involved in the replication of specific DNA sequences or of endogeneous DNA lesions. Therefore, this project aims to address unanswered questions: whether pol eta is a constitutive component of the replication machinery or is it specifically recruited to cope with problematic replication. Moreover, are CFS the only loci requiring pol eta for complete replication? and finally is UbPCNA required for this lesion-independent function or is it strictly involved in lesion bypass?