La protéine RAD51 28

1.9.1.1 Caractéristiques

RAD51 est considérée comme la protéine clé de la RH, grâce à ses fonctions d’appariement et échange de brins [98]. Comme précédemment vu, la RH implique l’action de plusieurs partenaires et notamment celle du groupe RAD52, dont fait partie RAD50, RAD51, RAD52 et MRE 11. Ces protéines ont été pour la première fois découvertes chez la levure, du fait de leur implication dans la sensibilité des cellules aux rayons X [99]. Leurs homologues ont par la suite été découverts chez d’autres eucaryotes, dont la souris et l’humain [100-102].

La protéine RAD51 appartient à la famille des RecA recombinases et est responsable de la formation du filament nucléoprotéique. Toutes les protéines de cette famille possèdent des séquences et structures assez similaires : que ce soit RecA chez les procaryotes ou RAD51 chez l’humain, chacune possède un domaine ATPase et un domaine de liaison à l’ATP. La protéine RecA a été identifiée dans les années 1960 [103] alors que ce n’est qu’en 1993 que le gène humain fut pour la première fois cloné [104]. Des études biochimiques ont montré que le gène humain de RAD51 code pour une protéine de 339 acides aminés, pour un poids moléculaire de 36,966 kDa.

Dans la cellule, RAD51 est localisée majoritairement au niveau du noyau après un dommage, bien que l’on peut aussi la retrouver au niveau du cytoplasme dans les cellules qui ne se divisent pas [105]. Son rôle dans la réponse à un dommage de l’ADN ne fait aucun doute, puisqu’il a été montré que RAD51 était recrutée aux sites de dommages en réponse à de nombreux traitements [106, 107]. Les foyers de RAD51 peuvent de même se retrouver dans des cellules non irradiées durant la phase S, permettant d’identifier les fourches de réplication bloquées ou brisées [108]. Toutefois, ces foyers présents en absence d’irradiation semblent être différents de ceux formés dans les cellules irradiées, puisqu’il a été montré que BRCA2 n’est pas indispensable à leur formation [109].

RAD51 est souvent surexprimée dans diverses tumeurs [110-112]. Cette surexpression est de 2 à 7 fois plus grande que dans les cellules normales et serait parfois associée à la résistance des cellules cancéreuses aux traitements chimio- et radio-thérapeutiques [112]. Néanmoins, l’impact d’une telle surexpression n’est pas encore très bien compris. Récemment, il a été montré que la surexpression de RAD51 perturbait l’élongation de l’ADN pendant la réplication [113]. Lors d’un dommage, la présence d’une grande quantité de RAD51 diminuerait le recrutement d’autres facteurs importants dans la réparation, mais aussi l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire, avec comme conséquence une grande instabilité génomique. Ainsi, RAD51 serait une cible importante pour lutter contre le cancer, notamment grâce à l’utilisation de molécules

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inhibitrices, dont plusieurs ont été développées (et référencées dans [114], cette revue se trouve au

Chapitre 2).

1.9.1.2 La régulation de RAD51

RAD51 possède un rapport « amour-haine » avec la protéine RPA. RPA est une protéine ubiquitaire capable de lier l’ADNsb [115] et de stimuler l’échange de brins par RAD51 [116]. En effet, RPA est capable de promouvoir la recombinaison en supprimant les structures secondaires de l’ADNsb qui pourrait empêcher la formation du filament de RAD51 [117]. RPA peut également aider RAD51 en empêchant la dissolution de la D-loop. Ceci est possible par la séquestration des ADNsb libres, prévenant ainsi la liaison de RAD51 à ces ADN [118, 119]. Paradoxalement, RPA peut aussi bloquer la formation de ce même complexe présynaptique [120]. De ce fait, le déplacement de RPA est indispensable à la poursuite de la RH.

Pour pouvoir jouer pleinement son rôle dans l’étape synaptique de la RH, RAD51 a besoin de l’intervention d’autres protéines régulant son assemblage ou sa stabilité, mais aussi sa déstabilisation. Chez l’humain, plusieurs protéines peuvent intervenir : BRCA2, RAD51B, RAD51C, RAD51D, XRCC2, XRCC3, RAD52, PALB2, SWS1, SWSAP1, SWI5-SFR1, RECQ5, PARI, BLM, FANCJ et FBH1 [121].

1.9.1.3 Les régulateurs positifs de RAD51

Certaines des protéines régulatrices de RAD51 sont considérées comme des médiateurs de la RH et donc caractérisées par trois rôles importants : (i) leurs interactions avec la protéine RAD51, (ii) leur interaction à l’ADN et (iii) leur capacité à prévenir l’effet inhibiteur de RPA sur la formation du filament de RAD51 [117, 122]. Trois facteurs remplissent ces rôles : PALB2, BRCA2 et les paralogues de RAD51.

PALB2 est une protéine capable de lier l’ADN, d’interagir avec RAD51 et de stimuler la

formation de la D-loop médiée par RAD51 et a ainsi été caractérisée comme étant un médiateur de la RH [81] (des informations supplémentaires sur PALB2 seront données à la section 1.9.4 et une

revue sur cette protéine est présentée au Chapitre 1).

BRCA2 est un médiateur capable d’assembler RAD51 sur un ADNsb complexé avec RPA

[123, 124]. BRCA2 n’interagit pas avec la protéine RPA, mais va interagir avec 6 et 8 monomères de RAD51, ainsi qu’avec l’ADN. De ce fait, il est facile d’imaginer que BRCA2 va venir « déposer » RAD51 sur l’ADNsb, grâce sa très grande affinité pour l’ADNsb et sa capacité à déplacer RPA de celui-ci. En réalité, ceci est très sophistiqué et implique les différentes répétitions BRC de BRCA2. Celles-ci, de même que leurs rôles spécifiques dans la régulation de RAD51,

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seront présentées à la section 1.9.3. Brièvement, les 4 premières répétitions de BRCA2

déposeraient 4 molécules de RAD51, alors que les 4 autres répétitions stabiliseraient ces molécules sur l’ADN, permettant ainsi la formation du filament. Ainsi, une molécule de BRCA2 serait capable de recouvrir un peu plus d’un tour d’hélice d’ADN avec RAD51. Les caractéristiques et autres

rôles de BRCA2 seront discutés dans la section 1.9.3.

Les paralogues de RAD51 sont également des médiateurs de la RH. Ils ont été initialement

découverts par la recherche de gènes similaires à RAD51 (RAD51B, RAD51C, RAD51D) [125] ou comme gènes qui complémentent la sensibilité de cellules de hamster aux rayons X (XRCC2, XRCC3 pour « X-ray repair cross complementing ») [126, 127]. Ces protéines sont capables de former au moins 4 complexes : RAD51B-RAD51C, RAD51D-XRCC2, RAD51C-XRCC3 et RAD51B-RAD51C-RAD51D-XRCC2 [128, 129]. Les paralogues sont considérés comme des médiateurs, puisque le phénotype des cellules déficientes en ces mêmes protéines peut être supprimé en surexprimant RAD51 [130]. Il a aussi été montré que le complexe RAD51B-RAD51C est capable de supprimer l’inhibition exercée par RPA sur la formation du filament RAD51 [131]. De même, XRCC2 est capable d’augmenter la relâche d’ADP empêchant ainsi l’accumulation de la forme inactive de RAD51 [132]. Récemment, il a finalement été montré que les paralogues de RAD51 pouvaient remodeler le filament intermédiaire et lui donner une forme plus flexible stimulant ainsi la recherche d’homologie [133].

D’autres protéines peuvent aussi intervenir directement dans la régulation de RAD51. Ainsi,

RAD52 est capable de stimuler l’échange de brins par RAD51 [134]. En revanche, elle n’est pas un

réel médiateur de la RH, puisqu’incapable de stimuler le replacement de RPA par RAD51 [123, 135]. Les conséquences d’une déplétion de RAD52 sont minimales et seulement visibles dans les cellules déficientes en protéines impliquées dans la RH comme BRCA2 [136]. SWI5 en complexe

avec SFR1 (« SWI5 Homologous Recombination Repair Protein » et « SWI5-Dependent Homologous Recombination Repair Protein 1 ») joue aussi un rôle dans la stimulation de RAD51.

Il a été montré que SWI5-SFR1 interagit avec RAD51, stabilise le nucléofilament et stimule l’appariement d’ADN [137, 138]. SWI5-SFR1 est aussi capable d’augmenter la relâche d’ADP du filament de RAD51 permettant ainsi de prévenir l’accumulation de la forme inactive de RAD51 [139].

§ Les régulateurs négatifs de RAD51

Il existe plusieurs protéines capables de désassembler le filament RAD51 comme RECQ5, BLM, FANCJ, FBH1et RTEL1, favorisant ainsi d’autres mécanismes de réparation [87, 121, 140- 143]. RECQ5 va empêcher la formation du filament de RAD51 de façon ATP-dépendante [144,

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145]. En inhibant RAD51, RECQ5 favorise la liaison de RAD52 à l’ADN, encourageant ainsi le SDSA qui limite la présence d’enjambements (« crossovers ») [86]. BLM est une hélicase capable de déplacer RAD51 de l’ADNsb de façon ATP-dépendante [143]. PARI est considérée comme une anti-recombinase, puisque capable de désassembler le nucléofilament lorsque RAD51 hydrolyse l’ATP [146]. Plus récemment, POLθ a été caractérisée comme pouvant limiter la formation de filament RAD51 en se liant à RAD51 et l’ATP [147] FANCJ et FBH1 sont capables de désassembler le filament intermédiaire de RAD51 [142, 143]. RTEL1 inhibe RAD51 lors de l’étape synaptique [82, 147] (Figure 1.13).

Figure 1.13 : Les régulateurs négatifs de la protéine RAD51

Les protéines inhibitrices de RAD51 (encadrés rouges) interviennent durant diverses étapes de la formation du filament de RAD51 à la formation de la D-loop. R51 : RAD51  ; SSA : Single-strand Annealing. Voir le texte pour plus de détails. Illustration par Anthony M. Couturier.

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