Dans une étude récente publiée dans la revue Natureles chercheurs identifient les mécanismes par lesquels la formation de compartiments induite par une cassure double brin (DSB) orchestre la réponse aux dommages de l’acide désoxyribonucléique (ADN) (DDR).
Étude: La compartimentation de la chromatine régule la réponse aux dommages à l’ADN. Crédit d’image : Photos de CI/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
Les DSB d’ADN sont des lésions extrêmement dangereuses qui pourraient provoquer des translocations ou des réarrangements chromosomiques importants, augmentant ainsi le risque d’altération de l’homéostasie cellulaire et de l’intégrité génétique. La chromatine est essentielle à la réparation de l’ADN, qui peut être réalisée par recombinaison homologue ou par des mécanismes de jonction d’extrémité de type non homologue ; cependant, les données sur les mécanismes par lesquels l’architecture chromosomique affecte ces activités sont limitées. Bien que le rôle de la chromatine dans la réparation de l’ADN ait été étudié, le rôle du repliement chromosomique dans ces processus reste inconnu.
À propos de l’étude
Les chercheurs ont effectué une immunoprécipitation de la chromatine de l’histone gamma 2AX (gH2AX), suivie d’un séquençage (ChIP-seq) et d’une cartographie directe des DSB pour détecter les DSB. Les données Hi-C collectées à partir de la lignée cellulaire humaine DIvA ont été utilisées pour étudier la structure tridimensionnelle (3D) du génome, avec de l’hydroxytamoxifène (OHT) ajouté pour provoquer de nombreux DSB sur des sites identifiés.
Le rôle des protéines kinases de type phosphoinositide 3-kinase (PI3K) dans la réponse DSB a été examiné à l’aide d’une analyse Hi-C en présence d’ataxie-télangiectasie mutée (ATM) et de protéine kinase dépendante de l’ADN (ADN-PK), toutes deux de qui ont un impact sur l’accumulation de H2AX dans les DSB.
Les points chauds DSB endogènes dans les cellules DIvA non traitées ont été identifiés à l’aide d’une analyse ChIP-seq ATM phosphorylée (pATM). De plus, 53 cellules DIvA de protéine de liaison (53BP1) et de protéine de fluorescence verte (GFP) ont été imagées en direct par microscopie à éclairage aléatoire (RIM).
La récupération de demi-fluorescence après photoblanchiment (demi-FRAP) a été utilisée pour élucider les processus à l’origine du regroupement de DSB. Le séquençage de l’acide ribonucléique (ARN) a été effectué avant et après l’induction du DSB pour identifier les gènes améliorés après la formation du DSB.
Après l’induction du DSB, les cellules DIvA ont été soumises à un séquençage à haut débit (DRIP-seq) pour étudier l’interaction entre le développement du compartiment D et les boucles R. Les effets de la surexpression de la RNase H1 sur le clustering DSB et les répercussions de l’interruption du clustering DSB ont été déterminés en épuisant le composant SUN2 du complexe LINC. Un test quantitatif de réaction en chaîne par polymérase par transcription inverse (RT-qPCR) a également été réalisé pour quantifier les occurrences de réintégration illégitime du DSB intrachromosomique.
Résultats de l’étude
L’ATM induit la création d’un nouveau compartiment de chromatine, appelé compartiment D, dans les cellules de mammifères après les DSB en regroupant des domaines d’association topologique (TAD) blessés ornés de 53BP1 et H2AX. L’irradiation a renforcé les TAD dans tout le génome.
Après l’induction du DSB, les TAD endommagés, couverts par H2AX/53BP1, ont établi un nouveau compartiment chromatinien qui s’est séparé du reste du génome.
Le compartiment D a été produit par un processus lié à la séparation de phase polymère-polymère (PPPS) au lieu de la séparation de phase liquide-liquide (LLP). Le compartiment de la chromatine D, qui s’est formé au cours de la phase G1, n’a pas été affecté par la cohésion et a été favorisé par la suppression pharmacologique de l’ADN-PK et l’accrétion de la boucle R.
Les gènes DDR enrichis par la boucle R ont été physiquement déplacés vers le nouveau compartiment D, améliorant ainsi l’activation et donnant un objectif au regroupement DSB dans le DDR. Cependant, la reconfiguration chromosomique induite par le DSB s’est accompagnée d’une augmentation du taux de translocation, également observée dans les génomes tumoraux.
Les DSB ont activé le DDR via des protéines de type PI3K telles que la protéine kinase ADN-dépendante et l’ATM et ont généré des domaines chromatiniens gH2AX, facilitant les événements de signalisation tels que la formation du foyer DDR et le recrutement de 53BP1. L’inhibition de l’activité ATM a réduit le regroupement de DSB, tandis que l’inhibition de l’activité DNA-PK a considérablement amélioré le regroupement de DSB.
Les liens du nucléosquelette avec le complexe du cytosquelette (LINC), le réseau d’actine et les caractéristiques de ségrégation de phase de 53BP1 ont influencé le regroupement DSB. Le rôle du regroupement de DSB reste inconnu, car la juxtaposition de DSB peut provoquer une translocation, ce qui remet en question le bénéfice sélectif du regroupement de DSB ou de la réparation de la fusion focale.
L’accumulation de boucles R lors de l’induction du DSB était la marque d’une augmentation des gènes DDR ciblant le compartiment de la chromatine D. La rupture compartimentale a limité l’activation d’un sous-ensemble de gènes DDR, tandis que le développement accru du compartiment D a provoqué une hyperactivation du gène DDR. La relocalisation des gènes régulée positivement par le DDR dans le compartiment D pourrait expliquer certaines translocations dans les génomes du cancer.
Conclusions
D’après les résultats de l’étude, la conception chromosomique est essentielle aux mécanismes de réparation de l’ADN, en particulier en ce qui concerne les DSB et le DDR. L’ATM facilite la réparation des TAD endommagés, regroupés dans l’espace nucléaire. Le clustering DSB régulé par ATM et le cycle cellulaire contrôle le clustering DSB.
Les gènes DDR ont été séparés par compartimentation D, facilitée par les boucles R dans les gènes D activés. Les modifications de l’architecture chromosomique provoquées par les DSB pourraient également mettre en péril l’intégrité génomique par le biais de translocations.
L’auto-ségrégation des domaines liés à H2AX/53BP1 de la chromatine conduit à la génération du compartiment D qui recrute et active les gènes liés au DDR, en particulier ceux susceptibles de former des boucles R. La relocalisation physique des gènes activés par DDR enrichis en boucle R dans le compartiment D permet un ajustement précis du DDR concernant le chargement et la persistance du DSB. Cependant, cet événement augmente le risque de translocations potentielles, car la coalescence du TAD et l’extrusion de la boucle pourraient placer des DSB linéairement distants en contact étroit.
