Une étude dirigée par l'Université d'Iowa a révélé la structure inattendue adoptée par la protéine de réparation de l'ADN RAD52 car elle se lie et protège l'ADN reproduisant dans les cellules en division. Cette nouvelle compréhension structurelle et mécaniste du complexe RAD52-ADN peut aider les chercheurs à développer de nouveaux médicaments anti-cancer.
« RAD52 est une cible médicamenteuse convoitée pour le traitement des cancers qui ont des carences de réparation de l'ADN, y compris les cancers du sein et de l'ovaire, et certains glioblastomes », explique Maria Spies, PhD, professeur de biochimie et de biologie moléculaire dans le UI Carver College of Medicine, et auteur principal de la nouvelle étude qui a été publié le 2 avril dans Nature.
Cette protéine est une cible attrayante pour les nouveaux médicaments anticancéreuses car, bien qu'il soit dispensable dans des cellules humaines saines, RAD52 devient essentiel pour la survie des cellules cancéreuses, qui sont déficients dans la fonction de réparation de l'ADN, telles que celles présentant des défauts dans les gènes BRCA1 et BRCA2. «
Maria Spies, professeur, biochimie et biologie moléculaire, Carver College of Medicine, Université de l'Iowa Care
Les cancers avec des carences de réparation de l'ADN dépendent d'autres protéines pour fournir des voies de secours pour la réparation de l'ADN, ce qui permet aux cellules cancéreuses de proliférer rapidement et de survivre malgré les dommages à l'ADN. RAD52 est l'une de ces protéines. Cela signifie que les molécules qui bloquent RAD52 et l'empêchent de fonctionner pourraient être utiles pour traiter ces types de cancer.
Il a déjà été démontré que les inhibiteurs de Rad52 peuvent tuer sélectivement les cellules cancéreuses et minimiser la toxicité associée à la radiothérapie et à la chimiothérapie. Cette capacité est similaire à l'action des premiers médicaments approuvés pour cibler les cancers déficients BRCA1 / 2, les inhibiteurs dits de PARP (poly-ADP-ribose polymérase), qui sont désormais en usage clinique. Alors que près de 15% des patients traités avec l'inhibiteur de PARP olaparib restent sans maladie pendant plus de cinq ans, beaucoup développent une résistance au cours de la première année.
« Le ciblage RAD52 (indépendamment de ou avec l'inhibition de la PARP) augmentera le répertoire des thérapies disponibles », explique Spies. « Cependant, pour développer des médicaments qui inhiberont le RAD52 dans les cellules cancéreuses, nous devons d'abord comprendre comment les fonctions RAD52 au niveau moléculaire, structurel et cellulaire. »
Une nouvelle forme révèle des cibles possibles pour la pharmacothérapie
Le fait que RAD52 semble être dispensable dans les cellules humaines normales mais essentielle à la survie des cellules cancéreuses subissant une réparation de l'ADN défectueuse crée à la fois un avantage et un défi. L'avantage est que l'inhibition de RAD52 devrait tuer les cellules cancéreuses avec un effet négatif minimal sur les cellules saines du patient. Le défi consiste à déterminer quelles fonctions et caractéristiques de RAD52 doivent être ciblées.
In the new study Spies and her UI team, collaborating with Pietro Pichierri, PhD, professor of molecular medicine, at the Istituto Superiore di Sanità, in Rome, Italy, and M. Ashley Spies, PhD, professor of drug discovery and experimental therapeutics in the UI College of Pharmacy, have discovered structural and functional information about RAD52 that may help them develop new, specific ways to inhibit this protéine.
La structure du double anneau protège l'ADN
Spies et Pichierri avaient précédemment découvert que RAD52 est important pour protéger les fourches de réplication de l'ADN bloquées. Leur travail a suggéré que cette nouvelle fonction de RAD52 facilite la survie des cellules cancéreuses.
Dans la nouvelle étude, l'équipe de Spies a utilisé la microscopie électronique cryogénique (CryoEM) pour montrer que les protéines RAD52 forment une structure de type bobine inattendue composée de deux anneaux de RAD52, contenant chacun 11 copies de protéines, qui engage les trois bras de la « fourche de réplication de l'ADN », réarrange la structure de la fourche et la protège de la « fourrure de réplication de l'ADN ».
Pour obtenir cette image, l'équipe a créé un substrat d'ADN, qui ressemble à une fourche de réplication d'ADN bloquée. Le substrat fixe le complexe RAD52 en place en rassemblant les deux anneaux avec les trois bras d'ADN. Les caractéristiques d'ADN simple et double brin interagissent avec RAD52 et maintiennent la structure en place, permettant à l'équipe d'obtenir une structure 3D détaillée de l'ensemble du complexe protéine-ADN.
En utilisant des microscopes spécialisés intégrés dans le laboratoire des SPIES, les chercheurs ont également pu surveiller les transactions RAD52-ADN au niveau unique, révélant que la protection de la fourche se produit par des interactions protéine-ADN dynamiques.
« Bien que la structure de l'anneau unique ait été observée précédemment, il s'agit de la première structure montrant les deux anneaux ensemble sur l'ADN, faisant quelque chose d'inattendu », explique Spies. « Cette nouvelle structure fournit des indices sur les zones importantes de la protéine qui peuvent être ciblées pour une future découverte de médicaments. »
Cibler RAD52 pour créer de nouveaux médicaments contre le cancer
L'équipe de Spies a déjà de petites molécules qui se lient et inhibent RAD52, mais pour développer ces molécules en médicaments testables, ils doivent être affinés et modifiés pour les rendre plus efficaces et plus spécifiques.
Les résultats du travail structurel et biophysique de Spies Lab ont été complétés par des études informatiques de M. Ashley Spies, et une imagerie cellulaire et super-résolution par le groupe Pichierri à Rome. En combinaison, les efforts des laboratoires ont révélé l'importance de l'architecture RAD52 à deux anneaux à sa capacité à agir comme un gardien de réplication de l'ADN et à la survie des cellules cancéreuses.
« Ce travail et nos connaissances structure-activité acquises dans cette étude mettent en place de futurs travaux sur la compréhension des activités et de la réglementation RAD52 et offrent de nouvelles cibles pour son inhibition », a déclaré Spies. « J'espère que ces informations nous aideront à développer de nouveaux inhibiteurs de cette protéine et à exploiter le potentiel de RAD52 en tant que cible médicamenteuse anticancéreuse. »
En plus de Maria Spies, Pichierri et Ashley Spies, l'équipe d'étude a également inclus les co-auteurs Masayoshi Honda, PhD, Mortezaali (ALI) Razzaghi, PhD, tous deux chercheurs dans le laboratoire d'interface utilisateur Spies. De plus, Spies attribue l'expertise de Nick Schnicker, PhD et Lokesh Gakhar, PhD, les directeurs actuels et anciens de la protéine d'interface utilisateur et le noyau de cristallographie pour leur aide pour démarrer les études structurelles de RAD52.
L'étude a été financée en partie par des subventions du National Cancer Institute, qui fait partie du NIH.
