Le gène codant Dmc1 a été isolé pour la première fois par Bishop et collaborateurs, dans la levure Saccharomyces cerevisiae (234). La protéine Dmc1 est présente dans presque tous les eucaryotes, y compris l’homme, et elle est structuralement homologue à RecA et Rad51 (235) (Figure 10). La déplétion de Dmc1 dans Saccharomyces cerevisiae et dans la souris produit une variété d’aberrations dans la méiose, ce qui reflète un rôle indispensable de cette protéine dans la recombinaison méiotique et dans la ségrégation des chromosomes (109).
Dmc1 existe en solution en forme d’anneau constitué de huit monomères (236). Des études biochimiques récentes ont montré qu’elle forme des filaments nucléoprotéiques qui s’enroulent sur l’ADN simple-brin de façon dépendante de l’ATP et catalyse les réactions d’appariement entre séquences complémentaires et d’échange des brins homologues (237). Ainsi, en tant que recombinase, Dmc1 possède les mêmes capacités fonctionnelles que celles présentées par Rad51 et RecA.
Il a été montré que la formation des foyers de Dmc1 est dépendante des foyers de Rad51 (238) ce qui indique que Rad51, pour quelque raison, favorise le recrutement de Dmc1 au substrat de la recombinaison ou la stabilité du filament présynaptique formé par Dmc1.
Mais, d’un point de vue mécanique, on connaît peu sur l’assemblage et la maintenance du filament présynaptique formé par Dmc1. Des études génétiques et cytologiques réalisées dans la levure, ont suggéré que le complexe Mei5-Sae3 pourrait avoir le rôle de médiateur dans la HR dépendante de Dmc1 (239) ; ces deux protéines sont exprimées seulement pendant la méiose. Comme les mutants dans dmc1, les mutants dans mei5 et sae3 montrent aussi des défauts importants dans la recombinaison méiotique et un arrêt dans la prophase I, dû à une accumulation excessive des CDBs non-réparées. Pendant la méiose, Dmc1 et Rad51 s’accumulent aux sites de recombinaison et colocalisent dans des foyers nucléaires ; dans des cellules déficientes en Mei5 ou en Sae3, la localisation de Dmc1 aux sites de recombinaison est perdue alors que la localisation de Rad51 est normale. Donc ce complexe pourrait jouer un rôle dans le recrutement de Dmc1 au substrat de la HR.
Le système du double-hybride dans la levure a montré que Mei5 interagit directement avec Dmc1. De plus, Mei5 et Sae3 forment un complexe stable qui peut co-immunoprécipiter avec Dmc1 à partir d’extraits des cellules méiotiques. Mais la question de savoir si le complexe se comporte comme médiateur de la recombinaison, c'est-à-dire s’il favorise l’assemblage du filament présynaptique sur l’ADN simple-brin recouvert de RPA, reste encore à être déterminée.
En tous cas, l’équivalent du complexe Mei5-Sae3 dans les eucaryotes supérieurs, n’a pas encore été identifié.
La protéine BRCA2 a été aussi proposée comme médiateur de la recombinaison catalysée par Dmc1, en raison du fait que les cellules déficientes en BRCA2 montrent des défauts dans la méiose (240) et que BRCA2 peut lier Dmc1 à travers ses motifs BRC (241).
Un autre complexe semble être critique pour la réussite de la recombinaison méiotique, le complexe Hop2-Mnd1 (242). Dans la levure Saccharomyces cerevisiae les deux protéines sont exprimées seulement pendant la méiose alors que dans la souris, dans les plantes et dans l’homme ces gènes sont exprimés aussi dans les tissus somatiques (243, 244). Cela laisse supposer que dans les eucaryotes supérieurs, ce complexe peut avoir un rôle aussi dans la recombinaison mitotique.
Le complexe Hop2-Mnd1 est stable et lie préférentiellement de l’ADN à double-brin ; dans la souris ce complexe interagit directement avec Rad51 et Dmc1 (245). Des études récentes, réalisées dans les mammifères, ont montré que le complexe Hop2-Mnd1 intervient dans deux moments critiques de la recombinaison : d’abord, le complexe stabilise le filament présynaptique formé par Rad51 et Dmc1 ; mais aussi, il aide le filament présynaptique dans la capture de l’ADN double-brin pour la formation du filament synaptique (246, 247) (Figure 16).
Rad51 Hop2-Mnd1 Stabilisation du filament présynaptique Formation du complexe synaptique Formation de la D-loop
Figure 16. Le double rôle du complexe Hop2-Mnd1. Le complexe Hop2-Mnd1 intervient dans la stabilisation du filament présynaptique et après coopère avec celui-ci pour la capture de l’ADN double-brin. Le complexe Hop2-Mnd1 interagit fonctionnellement avec Dmc1 de la même façon. (D’après San Filippo J et al., 2008).
Rad51 Hop2-Mnd1 Stabilisation du filament présynaptique Formation du complexe synaptique Formation de la D-loop Rad51 Hop2-Mnd1 Rad51 Rad51 Hop2-Mnd1 Hop2-Mnd1 Stabilisation du filament présynaptique Formation du complexe synaptique Formation de la D-loop Stabilisation du filament présynaptique Formation du complexe synaptique Formation de la D-loop
Figure 16. Le double rôle du complexe Hop2-Mnd1. Le complexe Hop2-Mnd1 intervient dans la stabilisation du filament présynaptique et après coopère avec celui-ci pour la capture de l’ADN double-brin. Le complexe Hop2-Mnd1 interagit fonctionnellement avec Dmc1 de la même façon. (D’après San Filippo J et al., 2008).
C. La phase postsynaptique de la Recombinaison Homologue.
Comme expliqué jusqu’ici, le filament nucléoprotéique formé par la recombinase guide la recherche de la région homologue, sur la chromatide sœur ou sur le chromosome homologue, et la réaction d’invasion du double-brin (83). L’appariement entre le simple-brin envahissant et son brin complémentaire génère une structure caractéristique qui est appelée D-loop. Après la formation de la D-loop, une ADN polymérase synthétise l’ADN en utilisant le brin complémentaire comme substrat et le brin envahissant comme primer, jusqu’à l’engagement de la deuxième extrémité de la cassure avec la molécule d’ADN homologue. Cette étape porte à la formation de la jonction de Holliday, une structure caractéristique où deux brins des deux molécules d’ADN impliquées dans la recombinaison se croisent (248). La liaison des deux
extrémités de la cassure détermine la formation d’une double jonction de Holliday (Figure 17). Cette structure intermédiaire doit être résolue, c'est-à-dire coupée, pour former deux molécules d’ADN indépendantes et la résolution peut être effectuée par des enzymes appelés « résolvases » ou par l’action coordonnée d’une hélicase et d’une topoisomérase I. Selon les protéines impliquées dans l’étape de résolution le produit peut dériver ou non d’un crossing over (249) (Figure 17). Les produits crossover sont essentiels pendant la méiose, mais ils sont probablement supprimés dans des cellules mitotiques pour éviter l’apparition de réarrangements chromosomiques délétères.
Resolution
Produit non-crossover Produit crossover Double jonction de Holliday
Figure 17. Produits de résolution d’une jonction de Holliday. La double jonction de Holliday est un intermédiaire de la Recombinaison Homologue. Elle peut être résolue par l’action d’une résolvase ou par l’action coordonnée d’une hélicase et d’une topoisomérase et peut générer un produit crossover ou un produit non-crossover selon les protéines impliquées.
Resolution
Produit non-crossover Produit crossover Double jonction de Holliday
Resolution
Produit non-crossover Produit crossover Produit non-crossover Produit crossover Produit non-crossover
Produit non-crossover Produit crossoverProduit crossover Double jonction de Holliday
Figure 17. Produits de résolution d’une jonction de Holliday. La double jonction de Holliday est un intermédiaire de la Recombinaison Homologue. Elle peut être résolue par l’action d’une résolvase ou par l’action coordonnée d’une hélicase et d’une topoisomérase et peut générer un produit crossover ou un produit non-crossover selon les protéines impliquées.
Jusqu’aujourd’hui, nous connaissons très peu des ces dernières étapes de la recombinaison chez les mammifères et la plupart des informations provient des études réalisées sur les cellules bactériennes.
Chez les bactéries, les nucléases spécifiques qui résolvent les jonctions de Holliday sont le complexe RuvABC et la protéine RecG (248). Chez les eucaryotes, c’est le complexe entre Rad51C et XRCC3 qui a été proposé comme résolvase ; en effet, les extraits des cellules déficientes en Rad51C n’ont pas d’activité résolvase (183). L’activité résolvase consiste
précisément dans l’introduction de deux coupures symétriques, par rapport à la jonction, dans les deux brins d’ADN qui ont la même polarité ; les coupures générées sont ensuite réparées par une ADN ligase.
Les jonctions de Holliday peuvent aussi être résolues par l’intervention d’une hélicase et d’une topoisomérase I ; chez les eucaryotes, les hélicases impliquées dans ce processus appartiennent à la famille des hélicases RecQ (250).
Récemment, une nouvelle famille des protéines qui agissent dans la résolution des différentes structures secondaires de l’ADN a été identifiée, la famille XPF/MUS81. Ces protéines interviennent dans plusieurs mécanismes cellulaires de réparation (251). Nous ne donnerons que quelques détails des caractéristiques de cette famille et de son implication dans la HR, vu que les connaissances dans ce domaine ne sont pas nombreuses.