1.5 La réparation par excision de nucléotides (NER)
1.5.2 Les facteurs régulant et influant la NER
La NER est un système essentiel au maintien de l’intégrité du génome, elle est hautement régulée et influencée par différents facteurs.
1.5.2.1 Les types de dommages, leurs localisations et leurs accessibilités
La détection du dommage est la première étape de la NER et dicte en grande partie la vitesse de réparation (Luijsterburg et al., 2010). La disponibilité des protéines de détection est donc un facteur important dans l’efficacité de réparation. En effet, il a été montré que l’absence de DDB2, diminue fortement la vitesse d’élimination des CPD alors que sa surexpression permet l’accélération de la réparation (Fitch et al., 2003, Moser et al., 2005). La nature même du dommage pris en charge par la NER joue un rôle dans sa vitesse de réparation. Ainsi, il a été démontré que les 6-4PP et les Dewar sont réparés plus rapidement que les CPD (Courdavault et al., 2005, Mitchell et al., 1985). Ceci s’explique par la plus grande distorsion induite par les 6-4PP et les Dewar dans la structure de l’ADN, les rendant plus facilement détectables pour la machinerie NER. La réparation des 6-4PP est donc beaucoup plus rapide que celle des CPD et leur contribution à la mutagénèse induite par les rayons UV est faible (You et al., 2001).En plus de la nature du dommage, la vitesse de réparation des CPD est également fonction de la nature des cellules dans lesquelles elle a lieu. Il a en effet été démontré que les kératinocytes éliminaient plus rapidement les CPD que les fibroblastes (D'Errico et al., 2003).
La localisation des dommages au sein des cellules influence l’efficacité de leur réparation. Les régions télomériques sont très sensibles à l’induction de dommages par les rayons UV mais elles sont réfractaires à leur réparation (Rochette and Brash, 2010). Pour ce qui est de l’ADN mitochondrial, les dommages induits par les rayons UV n’y sont jamais réparés car les protéines de la NER y sont absentes (Clayton et al., 1974). La localisation des lésions au niveau des zones d’ADN transcrites ou non a également un effet sur leur réparation. Les dommages induits par les rayons UV sur les brins transcrits sont généralement réparés plus rapidement que ceux sur les brins d’ADN non transcrits (Bohr et al., 1985, Mellon et al., 1987). De plus, le positionnement des dommages, dans l’hétérochromatine ou l’euchromatine joue également un rôle. En effet, il a été mis en évidence que la réparation des CPD était plus lente dans l’hétérochromatine que dans l’euchromatine (Han et al., 2016). Cette conformation de l’ADN, condensé autour d’histones, peut cependant être modifiée comme décrit ci-dessous.
La NER opère à l'intérieur du noyau où l'ADN est lié à des histones qui doivent être modifiées ou réarrangées pour permettre des activités comme la transcription, la réplication ou la réparation. Le modèle « accède-répare-restaure » proposé dès 1978 par Smerdon et Lieberman postule que la chromatine est tout d’abord réarrangée afin que les protéines de la NER puissent accéder au dommage, ce qui permet la réparation et qui est ensuite suivi par la restauration de la structure initiale de la chromatine (Smerdon and Lieberman, 1978). Le remodelage de la chromatine se fait via deux mécanismes principaux, la modification post-traductionnelle des histones et le remodelage ATP-dépendant (Gontijo et al., 2003, Thoma, 1999). Les histones peuvent subir de nombreuses et diverses modifications post- traductionnelles, parmi lesquelles l’acétylation qui confère une plus grande accessibilité de l’ADN. Une augmentation de l’acétylation des histones est observée après une irradiation aux rayons UV (Ramanathan and Smerdon, 1986) et la stabilisation des histones hyper- acétylées, par l’inhibition d’histones déacétylases, permet l’accélération de la réparation des dommages UV-induits (Dresler, 1985, Ramanathan and Smerdon, 1989, Smerdon et al., 1982). Pour ce qui est du second mécanisme de remodelage de la chromatine, des études in vitro ont montré le rôle de plusieurs complexes de remodelage de la chromatine ATP- dépendants comme SWI/SNF, BRG1 et INO80 qui permettent d’améliorer l’efficacité de réparation par la NER (Hara and Sancar, 2002, Jiang et al., 2010, Zhang et al., 2009). Le remodelage de la chromatine via ces différents mécanismes permet donc un meilleur accès aux dommages par la machinerie de réparation.
1.5.2.2 Les modifications post-traductionnelles
Le processus de NER requière une stricte coordination et régulation permise, entre autres, par un ensemble de modifications post-traductionnelles (PTM). La phosphorylation (Bensimon et al., 2011), la poly ADP-ribosylation (Pines et al., 2012), la sumoylation (Jackson and Durocher, 2013) et l’ubiquitination (Bergink and Jentsch, 2009) ont été démontré comme jouant un rôle dans la régulation de la NER.
DDB2 et XPC sont des cibles de la protéine poly (ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1), qui est activée par les dommages dans l’ADN dans les cellules humaines (De Vos et al., 2012). Robu et al. ont montrés que PARP-1 poly ADP-ribosyle DDB2 ce qui stimule le recrutement de XPC par DDB2 et permet l’augmentation significative de l’efficacité de la NER (Robu et al., 2013).
L’ubiquitination joue, elle aussi, un rôle central dans la régulation de la NER (Chitale and Richly, 2017, van Cuijk et al., 2014). L’ubiquitine est une petite protéine de 8kDa qui peut être attachée à une lysine contenue dans l’ubiquitine elle-même ou dans d’autres protéines. La position de la lysine modifiée ainsi que le nombre d’ubiquitine attachée peuvent déterminer le devenir de la protéine cible en terme de temps de demi-vie, de conformation, de localisation cellulaire ou d’interaction spécifique. Les cibles de l’ubiquitination dans la NER sont nombreuses : DDB2, XPC, CSB, ARNPII et PCNA (Marteijn et al., 2014, Niimi et al., 2008).
Lors de la sumoylation, une protéine de type small ubiquitin-related modifier (SUMO) est attachée de façon réversible aux protéines cibles. Alors que dans le cas de la neddylation, c’est la liaison d’une ubiquitin-like protein (NEDD8) qui a lieu (Brown and Jackson, 2015, Dijk et al., 2014).
Plusieurs PTM peuvent être combinées et affecter la même protéine de manière coordonnée. Par exemple, la protéine XPC est sumoylée en réponse aux dommages induits par les rayons UV, puis poly-ubiquitinée ce qui augmente son affinité pour les dommages dans l’ADN (Marteijn et al., 2014). DDB2 est également soumise à différentes PTM, sa PARylation induite par les rayonnements UV inhibe son ubiquitynation et sa dégradation subséquente et favorise sa liaison à l’ADN (Pines et al., 2012). La rapidité d’induction et la nature réversible de ces PTM facilite l'élimination rapide de l'activité qu'elles confèrent à une protéine.
1.5.2.3 Les autres facteurs régulant la NER
1.5.2.3.1 p53
La protéine p53 est multifonctionnelle et régule plusieurs procédés physiologiques essentiels comme le cycle cellulaire, l’apoptose et la réparation de l’ADN (Vousden and Lu, 2002). Cette protéine est activée en réponse aux dommages dans l’ADN et il a été démontré que certaines cellules mutantes pour p53 avaient une réparation GG-NER moindre après une irradiation aux rayons UVC (Ford and Hanawalt, 1995, Smith et al., 1995). p53 régule, en effet, dans certains types cellulaires, l’étape de reconnaissance des lésions dans la GG- NER à travers la modulation de la transcription de DDB2 et XPC (Adimoolam and Ford, 2002, Hwang et al., 1999). Cependant, la présence de p53 n’est pas directement nécessaire
à la NER (Fitch et al., 2003). En plus de réguler la transcription de certains gènes de la NER, p53 impacte aussi cette réparation en modulant l'accessibilité de la chromatine. En effet, il a été démontré, que p53 se retrouve aux sites de la NER et qu’elle induit une relaxation de la chromatine en recrutant p300, une histone acétyltransférase, au niveau des lésions (Rubbi and Milner, 2003, Velez-Cruz and Johnson, 2012).
1.5.2.3.2 BRCA1
BRCA1 (Breast Cancer 1) est un suppresseur de tumeur jouant un rôle dans la transcription, dans la réparation des cassures double brins, dans la réparation de liens intra-brins et dans la NER (D'Andrea, 2013). En effet, Hartman et Ford ont démontré que BRCA1 pouvait stimuler la transcription de DDB2 et XPC, indépendamment de p53. La reconnaissance des dommages par DDB2 et XPC peut donc être régulée transcriptionnellement par p53 et BRCA1 (Hartman and Ford, 2002).
1.5.2.3.3 Le rythme circadien
Le rythme circadien est un rythme biologique régulant de nombreux processus physiologiques. Il a été mis en évidence, chez la souris et chez l’homme, que l’activité de la NER varie en fonction du rythme circadien (Bee et al., 2015, Dakup and Gaddameedhi, 2017, Kang et al., 2010). Chez la souris, la NER est plus rapide à 17h comparativement à 5h du matin. Parmi les gènes régulés par ce cycle on trouve celui codant pour la protéine XPA (Kang et al., 2011). De plus, chez les souris les réponses aux dommages à l'ADN, telles que l'apoptose, les coups de soleil, l'induction de cytokines inflammatoires et l'érythème, sont plus importantes lorsque les souris sont exposées aux rayons UV le matin comparativement à une exposition le soir (Dakup and Gaddameedhi, 2017, Gaddameedhi et al., 2015). Ces résultats indiquent que le rythme circadien a un impact sur la protection de la peau contre les rayons UVB et qu’il pourrait avoir des implications dans la carcinogenèse cutanée.