Rôle de l'ADN polymérase eta dans la réplication des séquences particulières du génome en absence de stress exogène

par Anne-Sophie Boyer

Thèse de doctorat en Biotechnologies, cancérologie

Sous la direction de Valérie Bergoglio et de Jean-Sébastien Hoffmann.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .

mots clés

• Pol eta
• Instabilité Génétique
• Sites Fragiles Communs
• Séquences télomériques
• ADN polymérases -- Thèses et écrits académiques
• Génome humain -- Thèses et écrits académiques
• ADN -- Réplication -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Le génome humain comporte de nombreuses séquences capables d'adopter des structures particulières de l'ADN appelées ADN non-B. Ces structures alternatives sont particulièrement connues pour stimuler l'instabilité génétique via des mécanismes reposant en partie sur leurs réplications. En effet, les ADN polymérases réplicatives sont ralenties et parfois bloquées lors de la réplication de telles structures ce qui peut conduire à l'effondrement de la fourche de réplication et engendrer des cassures double brin de l'ADN. Ces travaux de thèse mettent en avant une implication de l'ADN polymérase spécialisée eta (Pol eta) dans la gestion de certains de ces ADN non-B. Pol eta a longtemps été considérée comme un facteur de réponse cellulaire au stress exogène induit par les rayonnements Ultra-Violets (UV), nous avons récemment démontré qu'elle avait également un rôle crucial dans le maintien de la stabilité des sites fragiles commun (SFC). Les SFC sont répertoriés comme étant les sites les plus fragiles du génome humain et les mécanismes expliquant leurs instabilités sont encore débattus. Lors de ma thèse, nous avons exploré les mécanismes moléculaires sous-jacents à ce nouveau rôle de Pol eta. Nous avons ainsi observé qu'en condition de stress réplicatif, Pol eta est recrutée au niveau de différents SFC (FRA7H, FRA16D et FRA3B) où elle est capable de répliquer efficacement les régions d'ADN non-B présentes notamment dans FRA16D. Nous avons également mis en évidence que la déficience de Pol eta associée à un stress réplicatif entraîne l'apparition de nombreuses régions d'ADN mal répliquées, qui persistent en mitose et sont transmises aux cellules filles en G1. Nous avons également réalisé une cartographie de l'ensemble des sites de fixations de Pol eta à l'échelle du génome en condition de stress réplicatif afin de déterminer les autres sites de recrutement de Pol eta, notamment au niveau d'autres séquences particulières. Les données obtenues sont actuellement en cours d'analyse. En parallèle, mes expériences préliminaires indiquent une colocalisation de Pol eta avec la protéine télomérique TRF2. Ces résultats s'ajoutent à de précédents travaux qui montrent que les cellules dépletées pour Pol eta sont hypersensibles à la Télomestatine, un agent stabilisant les G-quadruplex qui sont particulièrement présents aux télomères. Ces travaux orientent donc nos recherches vers une implication de Pol eta dans la réplication des séquences télomériques

Titre traduit

Implication of the specialized polymerase eta in the replication of specific sequences of the genome in absence of exogenous stress

Résumé

In addition to the canonical right-handed double helix, DNA molecule can adopt several other non-B DNA structures. Readily formed in the genome at specific DNA repetitive sequences, these secondary conformations present a distinctive challenge for progression of DNA replication forks and considerably impact the genome stability as replicative DNA polymerases often fail to proceed through these alternative DNA structures. During my PhD, I explored recent evidences for the implication of the specialized DNA polymerases eta in DNA synthesis at these non-B DNA. Human DNA Polymerase eta (Pol eta) is best known to be required in response to exogenous stress. Pol eta is mainly characterized for its role in responding to UV irradiation-induced genome damage. Its deficiency is illustrated by the human disorder Xeroderma Pigmentosum Variant (XP-V), which is associated with skin cancer susceptibility. We have recently demonstrated that Pol eta is also required for the replication of specific sequences of the genome as the common fragile sites (CFS). CFS are known to be the most sensitive regions of the human genome whose rearrangements are considered as a driving force of oncogenesis. During my PhD, I explored the molecular mechanisms underlying this newly identified role. I observed that Pol eta accumulates at different CFS (FRA7H, FRA16D and FRA3B) upon partial replication stress and can efficiently replicate non-B DNA sequences within CFS. The depletion of Pol eta revealed that its deficiency leads to persistence of under-replicated CFS regions in mitosis that were transmitted to daughter cells in G1. I also performed a genome wide mapping of Pol eta fixation sites upon partial replication stress. The analysis of the data generated is in progress. Furthermore, preliminary experiments revealed a colocalisation of Pol eta with the TRF2 telomere protein. These data are in line with a previous publication revealing that cells depleted for Pol eta are hypersensitive to Telomestatine, a drug that stabilize G quadruplexe structures often formed at telomeric sequences. These preliminary works suggest that Pol eta might be implicated in telomeric sequences replication and need to be deeply explored