Rôles de PARP1 dans la réparation des DSB

Les DSB sont parmi les dommages les plus délétères pour la cellule puisqu’elles peuvent engendrer des mutations ou des aberrations chromosomiques et ainsi favoriser le processus tumoral. Des DSB exogènes peuvent être générées par les radiations ionisantes ou des agents chimiques tels que la bléomycine et les inhibiteurs de Top1 (Figure 37). Des DSB endogènes peuvent être générées lors d’un stress réplicatif, de réarrangements programmés du génome ou par l’action d’enzymes tels que la Top2 (Figure 37) (Mehta and Haber, 2014).

La cellule dispose de trois mécanismes principaux de réparation des DSB : La recombinaison homologue (HR) ainsi que la recombinaison non homologue soit par la voie classique (c-NHEJ), soit par la voie alternative (a-NHEJ) (Chapman et al., 2012; Frit et al., 2014). PARP1 intervient dans chacun de ces systèmes (Figure 41).

PARP1 joue le rôle de senseur des DSB en se liant au niveau de l’ADN via les domaines Zn1, Zn3 et WGR. Ceci induit un changement conformationnel du sous-domaine régulateur du domaine catalytique HD de PARP1. Ce réarrangement permet le repositionnement du domaine BRCT vers le domaine catalytique actif et ainsi l’activation du domaine ART de l’enzyme (Figure 40) (Gagne et al., 2012; Langelier et al., 2012). La

PARylation entraîne le recrutement de facteurs impliqués dans la réparation des DSB (Figure

41). Les DSB générées par micro-irradiation laser ou par la méganucléase I-SceI entraînent

rapidement le recrutement de PARP1 au niveau du site de lésion (t1/2 d’accumulation de

PARP1 = 1.5 s). PARP1 est co-localisée avec les marqueurs de DSB, γ-H2AX, ATM et 53BP1 (Haince et al., 2008).

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Figure 40 : Modèle de l’activation de PARP1 en réponse aux DSB. Après survenue d’une DSB, PARP1 lie l’ADN clivé via les domaines Zn1, Zn3 et WGR. Ce réarrangement entraîne l’activation du domaine HD (molecular switch), qui va altérer la conformation du domaine catalytique. Ceci permet le rapprochement du domaine BRCT près du site actif et l’autoPARylation de PARP1 (Automodification) (D'après Gagne et al., 2012).

1- Rôles de PARP1 dans la recombinaison homologue

PARP1 n'est pas requise pour le processus de recombinaison lui-même, mais est importante, en amont, dans le recrutement de protéines du complexe MRN (Mre11-Rad50-Nbs1), impliquées dans la résection de l’extrémité de la DSB (Figure 41). Mre11 et Nbs1 sont recrutées par PARP1 au site de la lésion. La séquence de Mre11 contient un motif PBM permettant sa liaison aux PAR (Haince et al., 2008).

La PARylation de PARP1 stimule le recrutement de BRCA1 en interagissant avec la

protéine associé à BRCA1, BARD1 (BRCA1-associated ring domain protein) par son domaine de liaison au PAR (Figure 41) (Li and Yu, 2013). Par la suite, PARP1 contrôle le processus de HR en PARylant BRCA1. En effet, l’inhibition de la forme PARylée de BRCA1

entraîne l'augmentation de la recombinaison induite par les radiations ionisantes. La protéine

95 liaison au PAR et stabilise ainsi le complexe PARP1-BRCA1-RAP80, ce qui limite la résection de l’extrémité de la cassure (Figure 41) (Hu et al., 2014).

2- Rôles de PARP1 dans la c-NHEJ

PARP1 stimule l’activité enzymatique de DNA-PK (DNA-dependent protein kinase) et permet ainsi la réparation des DSB (Figure 41). La PARylation de DNA-PK est indépendante

du complexe Ku70-Ku80 (Ruscetti et al., 1998). PARP1 entraîne la translocation du facteur

de transcription NR4A au site de la cassure (Malewicz et al., 2011). Il en résulte la phosphorylaton de DNA-PK et la réparation de la cassure. Récemment, il a été montré que PARP1 recrute la protéine de remodelage de la chromatine CHD2 (chromodomain helicase DNA-binding protein 2), par son domaine de liaison au PAR, au site de la lésion (Figure 41) (Luijsterburg et al., 2016). CHD2 active la c-NHEJ en induisant le recrutement du complexe Ku et de XRCC4 (Luijsterburg et al., 2016).

3- Rôles de PARP dans l’a-NHEJ

La présence de PARP1 est nécessaire au mécanisme d’a-NHEJ (Mansour et al., 2010). L’absence de Ku induit l’activation de la réparation par a-NHEJ, notamment en permettant le recrutement de PARP1 et du complexe MRN au site de la cassure (Cheng et al., 2011). En cas d’absence de c-NHEJ, PARP1 initie le recrutement de Mre11 au site de la cassure pour initier la résection de l’extrémité de la DSB (Figure 41). Dans les cellules déficientes en Ku, l’inhibition de PARP1 entraîne l’incapacité des cellules à réparer les cassures (Mansour et al., 2010).

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Figure 41 : Rôles de PARP1 dans la réparation des DSB. (A) PARP1 joue le rôle de senseur de la lésion et active la réponse au dommage à l’ADN par son interaction avec Mre11 et ATM. (B) PARP1 est impliquée dans la résection de l’extrémité de la coupure par recombinaison homologue (HR) en recrutant Mre11, suivi de la protéine RPA (replication protein A) qui se lie à l’extrémité simple brin de la coupure. PARP1 stimule le recrutement de BRCA1 via sa liaison avec BARD1. La PARylation de BRCA1 stabilise le complexe avec RAP80 et permet le contrôle de la recombinaison. La synthèse de l’ADN lésé est obtenue en recopiant la séquence homologue sur la chromatide sœur. L’invasion de brin permet d’obtenir la nouvelle synthèse d’ADN en utilisant le chromosome intact comme brin matrice. (C) PARP1 est impliquée dans la réparation par recombinaison non homologue classique (c-NHEJ). Les extrémités de la cassure sont reconnues par le complexe Ku70-Ku80 qui active DNA-PK. DNA-PK peut être également activée par PARP1 dans un mécanisme indépendant de Ku. PARP1 est aussi impliquée dans le remodelage de la chromatine durant le c-NHEJ en recrutant CHD2, qui à son tour facilite le recrutement de XRCC4 qui participe à la religation de l’ADN avec la ligase IV (LIG4). (D) PARP1 est essentiel au déroulement de la recombinaison non homologue alternative (a-NHEJ), en cas d’absence de c-NHEJ. PARP1 induit le recrutement de Mre11 au site de la cassure. Les extrémités de la cassure sont jointes par des séquences de micro-homologie, l’ADN polymérase θ synthétise le brin, et la religation est assurée par la ligase III (LIG3) (D'après Ray Chaudhuri and Nussenzweig, 2017).

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