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Caractérisation du rôle de SLX4 dans l'assemblage de condensats biomoléculaires et ses conséquences fonctionnelles dans la réparation de l'ADN

par Emile Alghoul

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Angelos Constantinou et de Jihane Basbous.

Thèses en préparation à l'Université de Montpellier (2022-....) , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec IGH - Institut de Génétique Humaine (laboratoire) et de Instabilité Génétique et Cancer (equipe de recherche) .


  • Résumé

    Le maintien de la stabilité du génome est crucial pour la survie des espèces, et son échec est étroitement associé à la mort cellulaire et à la tumorigenèse. Les cellules ont développé une réponse aux dommages de l'ADN (DDR) qui consiste à détecter les dommages de l'ADN, à transduire le signal et à organiser la réparation dans le contexte nucléaire complexe. Face à cette complexité, une question reste en suspens : comment s'organise ce processus? Lorsque l'ADN est endommagé, les protéines s'accumulent au niveau des lésions et forment des foyers nucléaires visualisés par immunofluorescence. Des preuves de plus en plus nombreuses indiquent aujourd'hui que les foyers DDR s'assemblent par un réseau d'interactions spécifiques, qui concentrent des biomolécules dans un compartiment sans membrane environnante et sans stœchiométrie fixe. Il s'agit d'une caractéristique des condensats biomoléculaires. SLX4, désactivée dans le groupe P de l'anémie de Fanconi, est une protéine d'échafaudage qui coordonne l'action des endonucléases à structure spécifique et d'autres protéines dans les mécanismes de maintenance du génome. Elle forme également des foyers en cas de dommages à l'ADN. Notre objectif était donc d'explorer si SLX4 a la capacité intrinsèque de former des condensats biomoléculaires, d'identifier le mécanisme moléculaire sous-jacent et d'évaluer le rôle des condensats de SLX4 dans le processus de réparation de l'ADN. Nous rapportons ici que SLX4 assemble des condensats nucléaires qui sont maintenus ensemble par un domaine d'oligomérisation structurellement défini et des interactions SUMO-SIM spécifiques. Le contrôle de la condensation de SLX4 avec une grande précision temporelle a révélé que SLX4 active la voie SUMO/RNF4 et assure la modification sélective des protéines substrats par la formation de compartiments sans membrane. La condensation de SLX4 a considérablement amélioré l'extraction des liaisons transversales ADN-protéine de TOP1 à la chromatine, démasquant la contribution directe de SLX4 à l'élimination des protéines étroitement liées à l'ADN. En outre, la condensation de SLX4 a induit la dégradation de l'ADN naissant en l'absence de sources exogènes de dommages à l'ADN. Nous proposons que SLX4 favorise et contrôle par compartimentation une cascade de réactions enzymatiques déterminées par la composition des condensats de SLX4.

  • Titre traduit

    Characterization of the role of SLX4 in the assembly of biomolecular condensates and their functional consequences in DNA repair


  • Résumé

    The maintenance of genomic stability is crucial for species survival, and its failure is closely associated with cell death and tumorigenesis. The cells developed a DNA damage response (DDR) which consists of sensing DNA damage, transducing the signal and organizing repair in the complex nuclear context. In view of this complexity, a question remains to be answered: how is the organization of this multistep process achieved? Upon DNA damage, proteins accumulate at lesions and form nuclear foci visualized by immunofluorescence staining. Accumulating evidence now indicates that DDR foci assemble by a network of site-specific interactions, concentrating biomolecules without a surrounding membrane and no fixed stoichiometry. This is a characteristic feature of biomolecular condensates. SLX4, disabled in the Fanconi anemia group P, is a scaffolding protein that coordinates the action of structure-specific endonucleases and other proteins to function in genome maintenance mechanisms. It also forms foci upon DNA damage. So our aim was to explore if SLX4 has the intrinsic capacity to form biomolecular condensates, to identify the underlying molecular mechanism, and to assess the role of SLX4 condensates in the process of DNA repair. Here we report that SLX4 assembles nuclear condensates that are held together by a structurally defined oligomerization domain and site-specific SUMO-SIM interactions. Control of SLX4 condensation with high temporal precision revealed that SLX4 activates the SUMO/RNF4 pathway and ensures the selective modification of substrate proteins through the formation of membraneless compartments. SLX4 condensation significantly enhanced the extraction of TOP1 DPCs from chromatin, unmasking the direct contribution of SLX4 to the removal of tightly DNA-bound proteins. Furthermore, SLX4 condensation induced the degradation of nascent DNA in the absence of exogenous sources of DNA damage. We propose that SLX4 promotes and controls by compartmentalization a cascade of enzymatic reactions determined by the composition of SLX4 condensates.