Responsable d'équipe
Amandine Pelletier
Ingénieure
Julie Robbe
Doctorante
Shingo Fujii
Chercheur
Titouan Feunteun
Étudiant en Master 2
Valérie Corinne Garcia
Chercheuse
Notre équipe Recombinaison homologue NHEJ et sauvegarde de l’intégrité génomique, s’attache à étudier les mécanismes de réparation des cassures double brin de l’ADN au niveau moléculaire, en particulier la Recombinaison Homologue et la voie de Jonction d’Extrémités Non-Homologues (NHEJ), par une combinaison d’approches biochimiques et de biologie cellulaire.
Un défaut des systèmes de détection et de réparation des cassures double brin de l’ADN peut être à l’origine de la formation d’un cancer. Afin de mieux comprendre ce processus, notre équipe étudie les mécanismes moléculaires des deux principales voies de réparation de ces lésions génotoxiques : la Recombinaison Homologue et la NHEJ (Jonction d’Extrémités Non-Homologues).
D’autre part, ces systèmes de réparation permettent aux cellules cancéreuses de résister aux traitements anticancéreux basés sur la radiothérapie ou la chimiothérapie utilisant des substances comme la mitomycine C ou le cisplatine. En effet, le principe de ces traitements est d’induire la formation de cassures double brin dans l’ADN des cellules cancéreuses pour les tuer. La Recombinaison Homologue et la NHEJ sont donc des cibles de choix pour concevoir des moyens visant à améliorer l’efficacité de ces traitements anticancéreux.
Notre équipe s’attache à étudier les mécanismes de réparation des cassures double brin de l’ADN au niveau moléculaire, en particulier la Recombinaison Homologue et la voie de Jonction d’Extrémités Non-Homologues (NHEJ), par une combinaison d’approches biochimiques et de biologie cellulaire.
Nous utilisons également des méthodes ‘single molecule’ qui permettent de visualiser et de suivre le comportement dynamique des protéines impliquées dans le processus de réparation sur des molécules d’ADN isolées. Pour cela, nous utilisons :
- Des pincettes optiques pour attacher et manipuler des molécules d’ADN isolées
- La microscopie à fluorescence pour observer en temps réel des protéines marquées interagir avec le substrat d’ADN
Les projets
L’ADN est une molécule souvent endommagée. Si ces dommages ne sont pas réparés ou mal réparés, des mutations peuvent apparaître et conduire à un état d’instabilité génomique. Une cellule dans un tel état peut proliférer de manière anormale et être à l’origine d’une tumeur, ou simplement être vouée à mourir. La réparation efficace des dommages à l’ADN est donc une nécessité majeure pour les organismes vivants.
Parmi ces dommages, les cassures double-brin de l’ADN sont particulièrement dangereuses, car elles peuvent induire des aberrations chromosomiques comme des translocations ou la perte d’un fragment de chromosome.
Pour contrecarrer ces effets, nos cellules possèdent plusieurs voies de réparation :
- La recombinaison homologue repose sur un échange de brin entre deux molécules d’ADN identiques ou quasi identiques, catalysé par la recombinase RAD51. Ce mécanisme est essentiel pour protéger l’intégrité du génome. Cependant, une utilisation incorrecte ou une perturbation de cette voie peut conduire à l’apparition de cancers, comme dans le cas de mutations affectant BRCA2 dans le cancer du sein.
- La jonction d’extrémités non-homologues (NHEJ) repose sur des protéines spécifiques, telles que l’ADN Ligase 4 et ses cofacteurs XRCC4 et XLF. Elle joue un rôle clé dans la réparation des cassures double-brin induites par les radiations ionisantes, protégeant ainsi le génome contre la formation d’aberrations chromosomiques.
Notre recherche vise à comprendre précisément comment ces systèmes de réparation fonctionnent au niveau moléculaire. Nous étudions les activités des protéines impliquées in vitro grâce à des approches biochimiques, mais aussi au sein de cellules vivantes. Nous utilisons également une approche « molécule unique » permettant la visualisation directe, en temps réel, des protéines de la réparation en action sur une molécule d’ADN.
À terme, nos recherches doivent permettre d’améliorer les traitements médicaux contre le cancer et les pathologies associées aux défauts de réparation de l’ADN.
Les protéines XLF, XRCC4 et ADN Ligase 4 (XXL) de la voie de réparation des cassures double brin de l'ADN par la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) interagissent dans un réseau multivalent dynamique basé sur le désordre, entraînant une séparation de phase in vitro. Ces condensats XXL sont de puissants catalyseurs de la ligature des extrémités de l'ADN cassé et sont capables de recruter sélectivement des protéines auxiliaires.
Le projet ANR XXL propose de combiner des méthodes biochimiques, biophysiques, structurales et génétiques pour comprendre comment les condensats XXL contrôlent la NHEJ et ses interactions avec d’autres voies de réparation, dans l’espace et le temps in vitro ainsi que sur les sites de dommages à l’ADN au sein des cellules.
RESPONSABLE DE PROJET
Valérie Corinne Garcia
Les cassures double-brin de l'ADN (CDBs) constituent une menace majeure pour la stabilité du génome, car elles peuvent entraîner des mutations, des réarrangements chromosomiques et des cancers. Paradoxalement, au cours de la méiose, ces lésions potentiellement dangereuses sont programmées pour initier la recombinaison homologue (RH), un processus de réparation essentiel à la ségrégation précise des chromosomes et à la diversité génétique.
Nos travaux antérieurs ont apporté des contributions significatives dans ce domaine, notamment en mettant en lumière la fonction de la nucléase Mre11 dans la résection des CDBs, une étape précoce de la recombinaison homologue méiotique (Garcia et al, Nature 2011), et en démontrant le rôle de la kinase Tel1/ATM dans la régulation de la formation des CDBs méiotiques (Garcia et al, Nature 2015).
Découvertes récentes
Les CDBs méiotiques sont formées par Spo11 dans certaines zones du génome appelées « hotspots », qui coïncident avec les promoteurs de gènes. Nous avons démontré que plusieurs coupures peuvent se produire de façon simultanée dans ces zones. Ces multiples coupures créent des « gaps » dans l'ADN, qui sont réparés par RH. Bien que nos travaux se soient principalement concentrés sur le modèle de levure S.cerevisiae, nos recherches ont également révélé que les DCs sont détectées chez la souris et peuvent ainsi représenter une caractéristique générale de la recombinaison méiotique.
“Concerted cutting by Spo11 illuminates meiotic DNA break mechanics”. Johnson D, Crawford M, Cooper T, Claeys Bouuaert C, Keeney S, Llorente B, Garcia V*, Neale MJ*. Nature. 2021 *co-corresponding
Pour éclaircir le rôle de Tel1 dans le contrôle des cassures double brin, nous avons étudié la dynamique de Tel1 sur les chromosomes méiotiques, et ses dépendances génétiques.
« Tel1 est recruté sur les sites de contact boucle/axe chromosomique pour réguler l'interférence des cassures double brin de l'ADN méiotique » Dorme M, Luciano P, Cayrou C, Aithal R, Vernerey J, Borde V, Llorente B, Garcia V. PLoS Genetics 2025 *co-correspondant
Recherches en cours
Chez l'homme, les mutations dans le gène ATM sont à l'origine de l'ataxie télangiectasie (AT), une maladie génétique qui se caractérise par une prédisposition au cancer et à la stérilité (entre autres phénotypes). Les mutations qui affectent le domaine kinase sont particulièrement néfastes chez les patients atteints d'AT et les modèles de souris. Cependant, la raison de l'effet plus sévère des mutations ATM « kinase dead » reste inconnue. Nos travaux non publiés démontrent que l'inactivation de l'activité kinase de Tel1/ATM, et non la perte totale de la protéine Tel1, provoque une dérégulation sévère de la formation de DSB méiotiques chez S. cerevisiae. Nous avons identifié de interacteurs de Tel1 impliqués dans ce processus et nous étudions actuellement les mécanismes sous-jacents.
