Stress génotoxiques et Cancer

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Le syndrome de Bloom (SB) est une maladie génétique autosomique récessive rare, caractérisée par une forte prédisposition au développement de tous les types de cancers affectant la population générale. Les cellules SB sont caractérisées par un taux d'échange entre chromatides sœurs jusqu'à dix fois plus élevé que celui de cellules normales, ce qui constitue le seul critère objectif pour le diagnostic de la maladie (Fig. 1).

Augmentation des échanges entre chromatides sœurs dans des cellules de patients atteints du syndrome de BloomUn marquage différentiel permet de distinguer les chromatides soeurs les régions d'échange entre chromatides apparaissant comme une alternance de régions claires et sombres. Un faible taux d'échange entre chromatides soeurs est observé dans des chromosomes métaphasiques d'une cellule normale (image de gauche), tandis que la plupart des chromosomes métaphasiques d'une cellule du syndrome de Bloom (image de droite) montrent des échanges entre chromatides soeurs. Le diagnostic cytogénétique du syndrome de Bloom est réalisé dans le laboratoire de cytogénétique dirigé par le Dr. Jérôme Couturier, et la recherche de mutations du gène BLM par séquençage direct est réalisée dans le laboratoire de génétique constitutionnelle dirigé par le Dr. Dominique Stoppa-Lyonnet (service de génétique oncologique, Hôpital Curie).
c G. LABARCHEDE-BUHAGIAR, Institut Curie

Le syndrome de Bloom est provoqué par des mutations dans les deux copies du gène BLM, qui code pour la protéine BLM (hélicase RecQ présentant une activité 3'-5' ADN hélicase dépendante de l'ATP). Plusieurs études suggèrent que BLM est impliquée dans le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Cependant, la ou les fonctions spécifiques de la protéine BLM demeurent inconnues. Les objectifs clés de notre projet sont de caractériser les fonctions de BLM et d'étudier les conséquences cellulaires et moléculaires de l'absence d'une protéine BLM fonctionnelle. Ainsi, nous espérons identifier les processus fondamentaux impliqués dans le maintien de l'intégrité du génome et dans la prévention du cancer.

Au cours des dernières années, nous avons montré que la protéine BLM est régulée au cours du cycle cellulaire : elle s'accumule à des taux élevés en phase S, persiste à travers les phases G2 et M, puis disparaît rapidement pendant la phase G1. Nous avons montré que BLM participe à la réponse cellulaire aux radiations ionisantes et aux rayonnements UVC, ainsi qu'à l'inhibition de la synthèse de l'ADN par l'hydroxyurée. En accord avec cela, BLM est impliquée dans la réparation des cassures double-brins de l'ADN (CDBs) pouvant être dues à l'exposition des cellules à des radiations ionisantes ou à un traitement prolongé par de l'hydroxyurée. Sur la base de nos résultats, nous proposons un modèle pour le rôle de BLM dans la réparation des CDBs (Fig. 2). En bref, BLM resterait sur le site de la CDB pendant que la voie de réparation des CDBs par la jonction précise ou imprécise des extrémités (NHEJ) se met en place. Lorsque la voie NHEJ est activée, BLM serait phosphorylée par la kinase DNA-PKcs, éléments clés de la voie NHEJ, et cette phosphorylation provoquerait sa dissociation de l'ADN. Si la cassure n'est pas réparée par la voie NHEJ, la voie de la recombinaison homologue serait alors activée et génèrerait une jonction de Holliday qui serait résolue par l'activité de migration inverse de branche de BLM.

Modèle pour le rôle de la protéine BLM dans la recombinaison homologue.La jonction précise ou imprécise des extrémités (NHEJ) et la recombinaison homologue (RH) seraient en compétition pour les cassures double-brin (CDB) de l'ADN, entraînant le recrutement simultané de BLM et des protéines spécifiques à chacune des ces voies de réparation de l'ADN. (A) Une fois la voie NHEJ activée, BLM serait phosphorylée par la sous-unité catalytique de la protéine kinase dépendante de l'ADN (DNA-PKcs), entraînant sa dissociation de l'ADN. (B et C) Si la CDB n'est pas réparée par la voie du NHEJ, la machinerie de la RH prendrait le relais et les intermédiaires de la recombinaison seraient résolus par l'activité de migration inverse de branche de BLM, conduisant à la restauration de brins d'ADN intacts. [Traduction d'un extrait de Onclercq-Delic et al. (2003) Nucleic Acids Res. 31, 6272-6282]

Nous avons émis l'hypothèse selon laquelle les cellules déficientes en protéine BLM survivent en induisant un mécanisme tel que la réponse SOS bactérienne (Amor-Guéret, 2006), système inductible permettant aux bactéries de survivre à des augmentations soudaines de certaines lésions de l'ADN. Cette réponse prendrait place au cours de la réplication et/ou de la mitose et pourrait exister dans des cellules normales. Ce processus d'échappement cellulaire pourrait par conséquent être impliqué dans le développement de cancers dans la population générale.

Modèle pour la fonction de la protéine BLM dans la mitoseLa protéine BLM (en vert) pourrait être impliquée dans la résolution des structures chromosomiques aberrantes (nœuds bleus) générées au cours de la réplication de l'ADN, telles que des intermédiaires de recombinaison. Si ces structures ne sont pas résolues avant que la cellule n'entre en mitose, elles pourraient conduire à l'inactivation transitoire de la kinase Cdc2/cycline B (magenta) afin d'arrêter la progression du cycle cellulaire en mitose. BLM, probablement en association avec d'autres protéines, pourrait alors résoudre des ces structures aberrantes, permettant ainsi une ségrégation correcte des chromosomes. [Traduction d'un extrait de Bayart et al. (2006) Cell Cycle 15, 1681-1686]

Nous avons pour objectif de vérifier cette hypothèse en étudiant le rôle de BLM au cours de la mitose et dans la réponse cellulaire au stress réplicatif. Nous analysons également les conséquences cellulaires et moléculaires de l'absence d'une protéine BLM fonctionnelle au cours du stress réplicatif, de la transcription, de la recombinaison homologue et de la mitose.