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Des scientifiques déterminent la structure d'un "premier intervenant" endommagé par l'ADN

L’ADN est souvent assimilé à un approach. La séquence particulière de As, Cs, Gs et Ts dans l’ADN fournit des informations pour la building d’un organisme.

Ce qui n’est pas capturé par cette analogie, c’est le fait que notre ADN nécessite un entretien continuous pour maintenir son intégrité. S’il n’y avait pas de equipment dédiées à la réparation de l’ADN qui corrigent régulièrement les erreurs, les informations contenues dans l’ADN seraient rapidement dégradées.

Cette réparation se produit aux details de contrôle du cycle cellulaire qui sont activés en réponse aux dommages à l’ADN. Comme un agent d’assurance qualité sur une chaîne de montage, les protéines qui participent au issue de contrôle des dommages à l’ADN évaluent l’ADN de la cellule pour détecter les erreurs et, si nécessaire, suspendent la division cellulaire et effectuent des réparations. Lorsque ce issue de contrôle tombe en panne – ce qui peut se produire à la suite de mutations génétiques – les dommages à l’ADN s’accumulent et le résultat est souvent un cancer.

Bien que les scientifiques aient beaucoup appris sur les dommages et la réparation de l’ADN au cours des 50 dernières années, d’importantes issues restent en suspens. Un casse-tête particulièrement troublant est de savoir comment une protéine de réparation appelée pince 9-1-1 – un “premier intervenant” des dommages à l’ADN – se fixe au internet site d’un brin d’ADN cassé pour activer le level de contrôle des dommages à l’ADN.

“Nous savons que cet attachement est une étape cruciale nécessaire pour lancer un programme de réparation efficace”, déclare Dirk Remus, biologiste moléculaire au Sloan Kettering Institute (SKI) qui étudie les principes fondamentaux de la réplication et de la réparation de l’ADN. “Mais les mécanismes impliqués sont complètement obscurs.”

Maintenant, grâce à une collaboration entre le laboratoire du Dr Remus et celui du biologiste structural SKI Richard Hite. Les résultats, qui défient les idées reçues dans le domaine, ont été publiés le 21 mars 2022 dans la revue Mother nature Structural and Molecular Biology.

Une experience complémentaire donne des résultats surprenants

Les découvertes surprenantes sont nées d’une collaboration entre deux laboratoires aux compétences complémentaires. Le laboratoire du Dr Remus utilise des méthodes biochimiques pour étudier le processus de réplication et de réparation de l’ADN. L’un des principaux objectifs de ses recherches au cours des dernières années a été de reconstituer l’ensemble du processus de réplication et de réparation de l’ADN dans un tube à essai, à l’exception d’une cellule environnante.

À la suite de cet hard work, son laboratoire a purifié plusieurs composants de la machinerie de réparation, y compris les protéines 9-1-1 et les protéines qui facilitent la liaison du 9-1-1 à l’ADN.

Le Dr Remus s’est rendu compte que si ces complexes pouvaient être visualisés à une résolution atomique, ils fourniraient un ensemble d’images d’arrêt sur impression des étapes individuelles du processus de réparation. C’est alors qu’il s’est tourné vers le laboratoire du Dr Hite pour obtenir de l’aide.

« J’ai dit  : « Nous avons ce complexe  pouvez-vous nous aider à déterminer sa composition moléculaire pour comprendre remark il fonctionne ? » Et c’est ce qu’il a fait.”

Le Dr Hite est un biologiste structural spécialisé dans l’utilisation d’une method appelée cryo-microscopie électronique (cryo-EM), qui permet l’étude des protéines et des assemblages de protéines en visualisant leurs mouvements à grain fin à des résolutions qui peuvent révéler les positions des acides aminés individuels. acides dans les protéines. Tout comme les engrenages et les leviers d’une machine, ce sont ces mouvements d’acides aminés qui permettent aux protéines de servir de bêtes de somme à la cellule, y compris celles qui réparent l’ADN.

“Lorsque Dirk est venu nous voir, nous avons réalisé que bon nombre des outils développés par notre laboratoire au cours des dernières années étaient parfaitement adaptés pour répondre à cette question”, déclare le Dr Hite. “En utilisant la cryo-EM, nous sommes en mesure de déterminer non seulement une construction, mais un ensemble de structures. En rassemblant ces constructions dans un schéma logique, basé sur les nouvelles données et les données biochimiques précédentes, nous pouvons proposer une proposition de comment fonctionne cette pince.”

Ils l’ont fait, et les résultats ont été surprenants.

“Le modèle que nous avons développé avait des caractéristiques intéressantes qui contredisaient ce que l’on pensait auparavant être la façon dont ces types de pinces sont chargées sur l’ADN”, explique le Dr Hite.

“Lorsque Prosperous a produit la structure pour la première fois, j’ai pensé qu’il s’était trompé parce que c’était contre toutes les attentes”, ajoute le Dr Remus. “Maintenant, avec le recul, tout est parfaitement logique.”

Un nouveau modèle pour ouvrir et fermer une pince à ADN autour de l’ADN

La pince 9-1-1 a la forme d’un anneau. Pour remplir sa fonction, il doit entourer l’ADN cassé à la jonction entre une extrémité exposée d’un brin d’un morceau d’ADN double brin attenant à un brin very simple. Par conséquent, la framework en anneau de la pince 9-1-1 doit s’ouvrir pour permettre à l’ADN easy brin de se balancer au centre de la pince, puis de se refermer autour de celle-ci. Cela ne se produit pas spontanément mais est facilité par un autre complexe protéique, appelé complexe clamp loader.

“D’après toutes les études antérieures, on avait pensé que les pinces s’ouvriraient à la manière d’une rondelle de blocage, où essentiellement les deux extrémités ouvertes de la pince tourneraient hors du prepare pour créer un espace étroit”, explique le Dr Remus. “Mais ce que Prosperous a observé, c’est que la pince 9-1-1 s’ouvre beaucoup in addition largement que prévu, et qu’elle s’ouvre complètement dans le prepare – il n’y a pas de torsion comme dans le scénario de la rondelle de blocage.”

Les scientifiques soulignent que le modèle de la rondelle de blocage existe depuis deux décennies et a été le paradigme directeur dans le domaine de la façon dont une pince est chargée autour de l’ADN. Mais dans ce cas, c’est fake.

Une autre shock a été qu’il a été observé que le complexe de chargeur de pince 9-1-1 se lie à l’ADN dans l’orientation opposée à celle d’autres complexes de chargeur de pince qui agissent sur l’ADN non endommagé pendant la réplication normale de l’ADN. Cette observation explique comment le 9-1-1 est spécifiquement recruté sur les web pages de dommages à l’ADN.

De la recherche fondamentale à la recherche translationnelle

En moreover de fournir une réponse satisfaisante à un casse-tête biologique fondamental, le Dr Remus pense que la recherche pourrait éventuellement conduire à de meilleurs médicaments contre le most cancers.

De nombreux médicaments de chimiothérapie existants agissent en interférant avec la réplication de l’ADN des cellules cancéreuses et en générant le form de dommage à l’ADN qui est normalement réparé par les processus de réparation provoqués par la pince 9-1-1. Étant donné que les cellules cancéreuses ont déjà une capacité réduite à réparer les dommages à l’ADN, l’ajout de médicaments de chimiothérapie endommageant l’ADN peut submerger la capacité des cellules à réparer leur ADN, et donc elles meurent. (C’est ainsi que fonctionnent les médicaments appelés inhibiteurs de PARP, par exemple.)

Grâce à ces nouvelles connaissances sur la façon dont le 9-1-1 interagit avec d’autres protéines de réparation et avec l’ADN, les scientifiques pourraient potentiellement concevoir des médicaments qui interfèrent spécifiquement avec cette étape du processus de réparation, rendant les médicaments de chimiothérapie encore in addition efficaces.

“L’un des grands avantages de travailler ici à SKI est que la recherche fondamentale d’un scientifique peut être le position de départ d’études translationnelles qui mènent finalement à de meilleurs traitements”, déclare le Dr Hite.

Cette recherche a été financée en partie par les National Institutes of Wellness (NIH-NCI Cancer Center Help Grant P30 CA008748, NIGMS R01-GM107239, NIGMS R01-GM127428), la Deutsche et le Josie Robertson Investigators Software. Les auteurs de l’étude déclarent n’avoir aucun intérêt concurrent.