Le mécanisme moléculaire derrière la voie de réparation de l’ADN a été révélé

Une nouvelle étude ajoute à une image radicalement nouvelle de la façon dont les cellules bactériennes réparent continuellement les parties défectueuses de leur ADN.

Publié en ligne le 16 mai dans The Journal celluleLe rapport décrit le mécanisme moléculaire derrière une voie de réparation de l’ADN qui contrecarre la mauvaise insertion d’un type spécifique de bloc de construction moléculaire, les ribonucléotides, dans le code génétique. De telles erreurs dans le processus de transcription sont fréquentes chez les bactéries et autres organismes. Étant donné qu’une interférence ribonucléotidique défectueuse peut entraîner des modifications néfastes du code ADN (mutations) et une rupture de l’ADN, tous les organismes ont évolué pour avoir une voie de réparation de l’ADN appelée réparation par excision de ribonucléotide (RER) qui répare rapidement ces erreurs.

L’année dernière, une équipe dirigée par Evgeny Nodler, PhD, professeur Julie Wilson Anderson au département de biochimie et de pharmacologie moléculaire de NYU Langone Health, a publié deux analyses de la réparation de l’ADN dans les organismes vivants. coli cellules. Ils ont découvert que la plupart des réparations de certains types de dommages à l’ADN (lésions mélaniques), telles que celles causées par la lumière UV, peuvent se produire parce que les sections endommagées du code sont d’abord reconnues par une machine protéique appelée ARN polymérase. Les moteurs de l’ARN polymérase parcourent la chaîne d’ADN, lisant le code des « lettres » de l’ADN tout en transcrivant les instructions dans les molécules d’ARN, qui dirigent ensuite la construction des protéines.

Nudler et ses collègues ont découvert qu’au cours de ce processus de transcription, l’ARN polymérase trouve également des lésions de l’ADN, puis sert de plate-forme pour assembler une machinerie de réparation de l’ADN appelée complexe de réparation par excision de nucléotides (NER). Le NER coupe ensuite l’ADN défectueux trouvé et le remplace par une copie exacte. Sans l’action de l’ARN polymérase, peu ou pas de NER se produit dans les bactéries vivantes.

Maintenant, la nouvelle étude est en cellule fournit la première preuve que, comme dans le cas de la voie NER, le RER est étroitement associé à la transcription. Les auteurs de l’étude ont trouvé des preuves qu’une enzyme clé impliquée dans le RER, la RNaseHII, coopère également avec l’ARN polymérase lorsqu’elle recherche les ribonucléotides incorporés dans les chaînes d’ADN des cellules bactériennes vivantes.

Nos découvertes continuent d’inspirer à repenser certains principes de base dans le domaine de la réparation de l’ADN. À l’avenir, notre équipe prévoit d’étudier si l’ARN polymérase filtre l’ADN pour toutes sortes de problèmes et déclenche une réparation à l’échelle du génome non seulement dans les bactéries, mais également dans les cellules humaines.

Evgeny Nodler, MD, chercheur au Howard Hughes Medical Institute

Dernière technologie

Les ribonucléotides (les éléments constitutifs de l’ARN) et les désoxyribonucléotides (composants de l’ADN) sont des composés apparentés. Parce que les cellules copient et construisent des brins d’ADN dans les cellules bactériennes, elles incorporent souvent par erreur des ribonucléotides dans des brins d’ADN au lieu de désoxyribonucléotides car ils ne diffèrent que par un seul atome d’oxygène, selon les auteurs de l’étude. Dans les cellules bactériennes, l’ADN polymérase III est connue pour commettre environ 2 000 de ces erreurs chaque fois qu’elle copie le matériel génétique de la cellule. Pour maintenir l’intégrité du génome, la majeure partie des ribonucléotides mal placés est éliminée par la voie RER, mais une question clé a été de savoir comment la RNaseHII trouve si rapidement des lésions ribonucléotidiques relativement rares au milieu d’un «océan» de codes d’ADN cellulaire intacts.

Comme ils l’ont fait dans leurs études de 2022, les chercheurs ont utilisé la spectrométrie de masse quantitative et la réticulation protéine-protéine in vivo pour cartographier les distances entre les protéines liées chimiquement, et ainsi identifier les surfaces clés de la RNaseHII et des ARN polymérases lorsqu’elles interagissent dans les cellules bactériennes vivantes. . De cette manière, ils ont déterminé que la plupart des molécules de RNaseHII se couplent à l’ARN polymérase.

En outre, ils ont utilisé la microscopie cryoélectronique (CryoEM) pour capturer des structures à haute résolution de RNaseHII liées à l’ARN polymérase afin de révéler les interactions protéine-protéine qui définissent le complexe RER. De plus, des expériences génétiques dirigées sur la structure qui ont altéré l’interaction ARN polymérase/RNaseHII ont altéré le RER.

« Ce travail soutient un modèle où RNaseHII scanne l’ADN à la recherche de ribonucléotides égarés en chevauchant l’ARN polymérase lorsqu’elle se déplace le long de l’ADN », explique le premier auteur de l’étude, Zhitai Hao, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Nudler. « Ce travail est essentiel à notre compréhension de base du processus de réparation de l’ADN et a des implications cliniques de grande envergure. »

Outre Nodler et Howe, les auteurs de l’étude du Département de biochimie et de pharmacologie moléculaire de la NYU Grossman School of Medicine étaient Manjunath Gowder, Binod Bharati, Vitaly Epstein, Vladimir Svetlov et Ilya Shamovsky. L’étude a été soutenue par les National Institutes of Health, le Howard Hughes Medical Institute et la Blavatnik Family Foundation.