Une nouvelle étude ajoute à une image émergente et radicalement nouvelle de la façon dont les cellules bactériennes réparent continuellement les sections défectueuses de leur ADN.
L’année dernière, une équipe dirigée par Evgeny Nudler, PhD, la professeure Julie Wilson Anderson du département de biochimie et de pharmacologie moléculaire de NYU Langone Health, a publié deux analyses de la réparation de l’ADN dans des cellules vivantes d’E. coli. Ils ont découvert que la majeure partie de la réparation de certains varieties de dommages à l’ADN (lésions volumineuses), telles que celles causées par l’irradiation UV, peut se produire parce que les sections de code endommagées ont d’abord été identifiées par une device à protéines appelée ARN polymérase. L’ARN polymérase fait avancer la chaîne d’ADN, lisant le code des “lettres” d’ADN pendant qu’elle transcrit les guidelines en 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 l’assemblage d’une equipment de réparation de l’ADN appelée complexe de réparation par excision de nucléotides (NER). NER extrait ensuite l’ADN défectueux trouvé et le remplace par une copie exacte. Sans l’action de l’ARN polymérase, peu de NER, le cas échéant, se produit dans les bactéries vivantes.
Maintenant, la nouvelle étude de Cell fournit la première preuve que, comme dans la voie NER, le RER est étroitement couplé à la transcription. Les auteurs de l’étude ont trouvé des preuves que l’enzyme clé impliquée dans le RER, RNaseHII, coopère également avec l’ARN polymérase lorsqu’elle recherche des ribonucléotides mal incorporés dans les chaînes d’ADN des cellules bactériennes vivantes.
“Nos résultats continuent d’inspirer une refonte de certains principes de base dans le domaine de la réparation de l’ADN”, déclare Nudler, également chercheur au Howard Hughes Medical Institute. “À l’avenir, notre équipe prévoit d’étudier si l’ARN polymérase analyse l’ADN pour toutes sortes de problèmes et déclenche la réparation à l’échelle du génome, non seulement dans les bactéries, mais également dans les cellules humaines.”
Strategies de pointe
Les ribonucléotides (les éléments constitutifs de l’ARN) et les désoxyribonucléotides (composants de l’ADN) sont des composés apparentés. Comme les cellules copient et construisent des chaînes d’ADN dans les cellules bactériennes, elles incorporent souvent par erreur des ribonucléotides dans les chaînes d’ADN à la position des désoxyribonucléotides car or truck elles ne diffèrent que par un seul atome d’oxygène, expliquent 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 d’une cellule. Pour maintenir l’intégrité du génome, la majeure partie des ribonucléotides mal placés sont éliminés par la voie RER, mais une dilemma clé était de savoir comment la RNaseHII trouve des lésions ribonucléotidiques relativement rares au milieu d’un “océan” de codes d’ADN cellulaire intact si rapidement.
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 chimiquement liées, et ainsi déterminé les surfaces clés de la RNaseHII et de l’ARN polymérase lorsqu’elles interagissent dans les cellules bactériennes vivantes. De cette manière, ils ont déterminé que la plupart des molécules de RNaseHII se couplent avec l’ARN polymérase.
De plus, ils ont utilisé la microscopie électronique cryogénique (CryoEM) pour capturer les constructions à haute résolution de la RNaseHII liées à l’ARN polymérase afin de révéler les interactions protéine-protéine qui définissent le complexe RER. En outre, des expériences génétiques guidées par la structure qui ont affaibli l’interaction ARN polymérase/RNaseHII ont compromis le RER.
“Ce travail soutient un modèle où RNaseHII scanne l’ADN pour les ribonucléotides égarés en chevauchant l’ARN polymérase pendant qu’il se déplace le very long de l’ADN”, explique le premier auteur de l’étude, Zhitai Hao, chercheur postdoctoral au laboratoire de Nudler. “Ce travail est important pour notre compréhension de base du processus de réparation de l’ADN et a des implications cliniques de grande envergure.”
Avec Nudler et Hao, les auteurs de l’étude du Département de biochimie et de pharmacologie moléculaire de la NYU Grossman University of University College of Medicine étaient Manjunath Gowder, Binod Bharati, Vitaly Epshtein, Vladimir Svetlov et Ilya Shamovsky. L’étude a été soutenue par le Nationwide Institute of Wellness, le Howard Hughes Healthcare Institute et la Blavatnik Spouse and children Foundation.