Rôle dans la réparation des cassures double-brin de l’ADN

La recombinaison homologue (RH) permet la réparation de cassures d’ADN spontanées qui peuvent survenir suite à des dommages d’ADN endogènes ou exogènes ou par l’effondrement de fourches de réplication bloquées. Les cassures de l’ADN peuvent également être spécifiquement induites dans des processus physiologiques tels que la

maturation d’un brin d’ADN par une exonucléase afin de générer une extrémité 3’ simple- brin. Rad51 se lie ensuite à cette extrémité et permet le transfert de brin en recherchant une séquence homologue pouvant être utilisée comme matrice pour la réparation. Rad51 permet alors l’invasion de brin sous forme d’une boucle-D, alignant les séquences et présentant l’extrémité 3’ qui sera utilisée comme amorce pour la polymérisation d’ADN

(Figure 19). La nature des ADN polymérases impliquées dans l’extension de cette

extrémité 3’ est longtemps restée floue, mais de nouvelles études parues ces cinq dernières années ont permis d’y voir plus clair.

En effet, Rev3, la sous-unité catalytique de Polζ, semble jouer un rôle critique dans la réparation par RH de CDBs de l’ADN induites par les radiations ionisantes, dans des cellules DT40 de poulet (Sonoda et al., 2003). Les radiations ionisantes induisent des CDBs associées à des modifications chimiques de l’ADN, pouvant générer des extrémités 3’ impossibles à étendre par la plupart des polymérases. Cependant, Rev3 semble relativement bien s’adapter aux distorsions structurales de l’amorce et du brin matrice (Johnson et al., 2000; Woodgate, 2001), c’est pourquoi Polζ, contrairement aux autres ADN polymérases, pourrait jouer un rôle critique dans la réparation par RH, plus précisément dans l’initiation de la synthèse d’ADN à partir des extrémités 3’ des CDBs induites par les radiations ionisantes. Cependant, Polζ ne semble pas impliquée dans la conversion génique, un processus nécessitant la réparation par RH de CDBs physiologiques (Sonoda et al., 2003).

Plus récemment, deux études ont également impliqué Polη dans le processus de RH. La première, in vitro, a montré que Polη était capable d’étendre efficacement un substrat contenant une boucle-D artificielle, contrairement à Polδ et Polι (McIlwraith et al., 2005)

(Figure 19). De plus, les auteurs de cette étude ont trouvé que les extraits cellulaires de

cellules XP-V (Xeroderma pigmentosum variant) déficientes en Polη présentent une activité d’extension de boucle-D nettement réduite. Il avait été mis en évidence que Polη se relocalisait en foyers après irradiation UV et que ces foyers colocalisaient avec Rad51 (Kannouche et al., 2001). Cette première observation a été renforcée par des expériences d’immunoprécipitation, montrant que Polη interagit avec Rad51 dans un même complexe

(McIlwraith et al., 2005). Une seconde étude a mis en évidence la participation directe de Polη dans la RH in vivo et plus précisément dans le processus physiologique de conversion génique (Kawamoto et al., 2005). En effet, des cellules DT40 de poulet déficientes en Polη présentent une diminution significative du taux de conversion génique et la complémentation avec Polη humaine permet de restaurer le phénotype sauvage. Cependant, afin d’impliquer définitivement Polη dans la RH, il serait nécessaire de confirmer ces observation dans une autre lignée cellulaire que les DT40, qui présentent naturellement un taux de RH élevé. Enfin, contrairement à Polζ, Polη ne semble pas impliquée dans la réparation des CDBs induites par les radiations ionisantes. Il semble donc que Polη et Polζ jouent des rôles différents dans le processus de RH.

FIGURE 19. Polζ et Polη sont impliquées dans la recombinaison homologue. Les extrémités de la cassure double-brin de l’ADN subisse une maturation par l’action d’une exonucléase qui génère des extrémités 3’ simple-brin. Rad51 est recruté sur ces extrémités 3’ et favorise la recherche d’homologie et l’invasion de brin, générant une boucle-D. Polη est capable d’étendre cette boucle, sauf si la cassure double-brin a été induite par des radiations ionisantes. Dans ce cas, il semblerait que ce soit Polζ qui réalise l’extension. Adapté d’AJ. Rattray, 2005 (Rattray and Strathern, 2005).

Cependant, plusieurs arguments vont à l’encontre d’un rôle de Polη dans la recombinaison homologue. Tout d’abord, après irradiation aux UV des cellules XP-V présentent une élévation du niveau des SCE (Sister Chromatide Exchange), produit de la recombinaison homologue (Cleaver et al., 1999). Ceci signifie que des cellules de patients déficientes en Polη ne présentent pas de défaut de recombinaison homologue. De plus, il a été mis en évidence chez la levure que l’étape d’extension de la boucle-D était exclusivement réalisée par Polδ et non par Polε ou Polη (Maloisel et al., 2008). Ces contradictions conduisent donc à douter d’un rôle majeur de Polη dans la RH.

La réparation par jonction d’extrémités non homologues (NHEJ) est un autre mécanisme de réparation des CDBs, qui semble être dominant chez les mammifères. Le concept de la NHEJ est simple : il s’agit de maintenir ensemble les deux extrémités de l’ADN et de les liguer (Hefferin and Tomkinson, 2005). A l’inverse de la RH, la NHEJ n’utilise pas ou très peu d’homologie de séquence pour réparer les CDBs. En plus des acteurs majeurs de la NHEJ identifiés dans les cellules de mammifères, tels que la DNA-PK, Ku, XRCC4 et l’ADN ligase IV, d’autres candidats pourraient être requis dans la maturation des extrémités de la cassure avant la ligation. Des études biochimiques in vitro ont suggéré que Polλ et Polμ contribuent au processus de NHEJ au niveau d’extrémités d’ADN non compatibles (Lee et al., 2004; Ma et al., 2004; Nick McElhinny et al., 2005). Dans notre équipe, l’expression de formes catalytiquement inactives de Polλ ou Polμ dans des cellules de hamster chinois contenant un substrat de NHEJ a permis de confirmer in vivo le rôle de ces deux ADN polymérases dans ce processus de réparation des CDBs nécessitant de la synthèse d’ADN lors de la maturation des extrémités de la cassure. Polλ interviendrait lorsqu’il y a des séquences d’homologies sur les extrémités à religuer et Polμ lorsqu’il n’y en a pas (Capp et al., 2006; Capp et al., 2007).

2.4

Caractéristiques et fonctions des ADN polymérases TLS et