Les initiales BRCA2 sont peut-être mieux connues pour un gène associé à de nombreux cas de cancer du sein, et la protéine codée par le gène BRCA2 est essentielle à la réparation des ruptures de l’ADN.
La rupture de cette interaction est une caractéristique de nombreux cancers. Maintenant, les scientifiques de l’UM ont déterminé la structure d’un complexe de deux protéines – BRCA2 avec MEILB2 – qui permet aux réparations de se produire efficacement dans les cellules en cours de division cellulaire, appelée méiose. Leurs résultats, rapportés dans Nature Structural and Molecular Biology, ont des implications majeures pour le cancer et l’infertilité.
Nous savons à quel point la littérature est riche en exemples de mutations BRCA2 dans le cancer, mais nos résultats suggèrent maintenant que la région de liaison MEILB2 de BRCA2 pourrait être un point chaud pour découvrir des mutations liées à l’infertilité.
Jayakrishnan Nandakumar, auteur de l’étude et biologiste structural de l’UM, professeur agrégé de biologie moléculaire, cellulaire et du développement
Dans les cellules germinales, les cellules qui donnent naissance aux spermatozoïdes ou aux ovules, des ruptures d’ADN se produisent dans chaque chromosome avant que les cellules ne subissent la méiose. Les ruptures assurent le mélange des gènes pour créer une diversité génétique plutôt que des copies exactes des parents. Dans la méiose, chaque cellule germinale se divise deux fois de sorte que chaque ovule ou spermatozoïde se retrouve avec une seule copie de chaque chromosome. Ensuite, lorsque l’ovule rencontre le sperme, l’embryon a le bon nombre de paires de chromosomes.
Avant que la première division ne se produise, les chromosomes de la cellule germinale s’apparient étroitement, puis chaque chromosome d’une paire se brise et rejoint des morceaux de son partenaire pour échanger des gènes dans un processus appelé croisement. Ensuite, toutes ces ruptures d’ADN doivent être rejointes rapidement.
Pensez à un sandwich, explique Nandakumar. Le « chignon » est composé de quatre copies identiques d’une protéine appelée MEILB2 en haut et en bas, avec les deux protéines BRCA2 entre les deux. Le sandwich protéique MEILB2 transporte la protéine BRCA2 précisément jusqu’aux points de rupture de l’ADN.
Pour déterminer la structure de ce complexe BRCA2, les chercheurs ont utilisé la cristallographie aux rayons X. Dans ce processus, le cristal de protéine est bombardé de rayons X et les motifs générés lorsque les rayons X sont déviés par les atomes du cristal permettent aux chercheurs de déterminer où se trouve chaque atome dans la structure 3D de la molécule. Cela les aiderait à comprendre comment la protéine BRCA2 est connectée à la protéine MEILB2.
La première étape consistait à faire croître des cristaux du complexe BRCA2. Après de nombreux essais et erreurs, Devon Pendlebury, un étudiant diplômé en biologie chimique du laboratoire Nandakumar, a cristallisé avec succès la forme humaine du complexe BRCA2. Avec un peu de chance, les chercheurs de l’UM ont pu collecter des données au Laboratoire national d’Argonne quelques jours avant l’arrêt de toutes les recherches en mars 2020.
À partir des données de cristallographie aux rayons X et d’expériences supplémentaires de Ritvija Agrawal, étudiante diplômée du MCDB, l’équipe a déterminé la structure du complexe protéique et la manière dont les deux protéines fonctionnaient ensemble. C’était une interaction protéique quelque peu inhabituelle, rapportent-ils.
Pour valider leurs découvertes, ils ont créé des versions mutantes de BRCA2 et MEILB2 en fonction de leur structure et ont montré comment ces mutants n’ont pas réussi à former ce complexe les uns avec les autres.
Pour valider davantage la structure complexe MEILB2-BRCA2, des collaborateurs de l’Université de Göteborg en Suède ont introduit des versions mutantes équivalentes dans des cellules de souris en méiose. Le mutant BRCA2 ou MEILB2 n’a pas réussi à atteindre les cassures d’ADN qui devaient être rejointes.
« Bien que nous sachions que BRCA2 était nécessaire pour la recombinaison de l’ADN dans la méiose, nous ne savions pas comment il était capable de faire ce travail critique efficacement », a déclaré Nandakumar. « Le MEILB2 qui fait partie de ce complexe de réparation n’est censé être présent que dans les cellules qui subissent la méiose, mais MEILB2 a également été trouvé dans plusieurs cancers. Il se peut que MEILB2 « détourne » très efficacement le BRCA2 dans les cellules cancéreuses, empêchant la réparation correcte de l’ADN.
Sans d’autres facteurs habituellement trouvés dans les cellules méiotiques, le BRCA2 dans ces cancers MEILB2 positifs pourrait ne pas atteindre les points de rupture de l’ADN. Ayant une structure de ce complexe en main, les chercheurs peuvent désormais trouver de nouvelles approches pour retrouver la fonction BRCA2 dans les cancers MEILB2-positifs, suggère Nandakumar.
