De nouvelles recherches menées par une équipe de génomique et d’experts en réponse aux dommages à l’ADN ouvrent de nouvelles perspectives dans la compréhension de la fonction d’une protéine actuellement limitée dans les essais cliniques pour les traitements contre le cancer.
Dirigée par Haichao Zhao, PhD, au Yan Lab de l'UNC Charlotte, la nouvelle recherche montre comment la signalisation médiée par l'ATM est induite par les cassures monocaténaires de l'ADN (SSB) pour la réparation des dommages à l'ADN – éclairant les mécanismes distincts de la kinase ATM induite par SSB et apportant un éclairage important sur la fonction APE1.
Dans la nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans Nature CommunicationsLes chercheurs démontrent leur utilisation de structures SSB basées sur des plasmides pour examiner le rôle essentiel d'APE1 dans les voies de signalisation de réponse aux dommages de l'ADN (DDR). Parmi d'autres résultats, la publication détaille les résultats montrant que SSB induit l'activation de l'ATM avant l'ATR, arrêtant temporairement la progression du cycle cellulaire pendant que l'ADN tente de se réparer. Et – élément central de l'importance de l'étude – l'équipe a découvert une preuve directe du rôle actif joué par APE1, une enzyme multifonctionnelle, dans la signalisation DDR de l'ATM induite par SSB.
« Nous démontrons qu'APE1 favorise la DDR ATM induite par SSB via au moins deux mécanismes : le traitement SSB médié par l'activité exonucléase APE1 et le recrutement direct d'ATM dans les SSB médié par APE1 », ont écrit les chercheurs.
S'appuyant sur les travaux antérieurs du Yan Lab à l'UNC Charlotte, ces résultats constituent un grand pas en avant dans notre compréhension de la réparation de l'ADN SSB et de la réponse cellulaire – et peuvent contribuer à de futures options d'inhibiteurs thérapeutiques pour une gamme de maladies humaines, telles que le cancer et l'insuffisance cardiaque.
Shan Yan, PhD – professeur, président associé de la recherche au département des sciences biologiques de l'UNC Charlotte et responsable du programme de l'Initiative pour l'intégrité du génome et le cancer de Charlotte (GICI) – déclare : « Ces découvertes auront un impact sur le domaine pendant des années à venir. »
« Nous avons changé la compréhension de la manière dont la signalisation ATM est activée. »
Shan Yan, PhD – Professeur, titulaire de la chaire associée de recherche au département des sciences biologiques de l'UNC Charlotte
L'auteur principal de « Distinct regulation of ATM signaling by DNA single-strand breaks and APE1 », Haichao Zhao, a estimé que la recherche pourrait soutenir de futurs essais cliniques – à la fois pour attaquer les cellules cancéreuses et d'autres maladies potentiellement mortelles et pour protéger les cellules non malignes pendant les traitements.
« Plus nous disposons de données ou d’informations sur les dommages à l’ADN (et leur réparation), mieux nous pourrons développer des traitements pour les patients atteints de cancer », a déclaré Zhao.
La réponse aux dommages de l'ADN est une voie évolutive conçue pour maintenir l'intégrité du génome alors que les cellules humaines sont soumises à des attaques quasi constantes, à la fois par des facteurs internes et externes. Les lésions de l'ADN déclenchent généralement la DDR, signalant une « cascade », comme le dit l'étude, d'activation de la transcription, de réparation et d'arrêts du cycle cellulaire.
Bien que les recherches sur la réparation des dommages à l’ADN soient bien plus solides en ce qui concerne la réponse cellulaire aux cassures double brin (DSB), Zhao et Yan affirment que les lacunes dans les connaissances concernant les SSB persistent. En particulier, a déclaré Yan, les biologistes moléculaires n’ont eu que peu ou pas de preuves directes sur la fonction précise de l’APE1 sur les sites SSB.
Par le passé, les chercheurs ont généralement considéré que les études sur les DSB fonctionnelles étaient plus urgentes, souligne Zhao, car ce type de dommage à l’ADN est étroitement associé au cancer. Cependant, les SSB peuvent préfigurer le développement de dommages double brin plus mortels. De plus, les dommages causés par les SSB se produisent beaucoup plus fréquemment – plus de 10 000 fois par jour dans une cellule humaine. Dans chaque cas, des mécanismes de réparation doivent avoir lieu pour protéger l’intégrité du génome. On pense que l’accumulation de SSB au fil du temps contribue ou provoque le cancer et la maladie.
Selon Zhao, les avancées réalisées dans la recherche sur les SSB offrent un potentiel pour une future réponse translationnelle et clinique aux risques sanitaires « en amont ».
Les recherches de Zhao et al. établissent clairement, pour la première fois, la fonction d'APE1 en tant qu'activateur direct de la kinase ATM pour favoriser la réparation des dommages à l'ADN monocaténaire. L'étude fournit également une preuve directe que la voie DDR dépendante de l'ATM est activée par un SSB d'une structure d'ADN définie.
En outre, l’étude de l’UNC Charlotte soulève une question intéressante sur la question de savoir si la surexpression d’APE1 peut être démontrée de manière constante pour activer l’ATM en l'absence de l'ADN. L'équipe pose la question en faisant référence à l'étude du système HSS où l'APE1 s'oligomérise – démontrant ainsi une stimulation directe de la kinase ATM in vitro.
D'après l'étude, les chercheurs plaident en faveur de futures expériences : « Quel est le rôle potentiel de la signalisation DDR médiée par l'ATM induite par la surexpression d'APE1 ? L'APE1 est souvent surexprimée dans les cellules cancéreuses… et associée à une faible survie globale chez les patients atteints de cancer. »
Dans le laboratoire de Yan, les chercheurs ont utilisé des ovules de femelles Xénope (grenouilles africaines à griffes) pour produire des extraits d'œufs surnageants à grande vitesse (HSS), en introduisant ensuite des structures d'ADN plasmidique purifiées à partir d'E. coli. Les chercheurs ont ensuite incubé différentes concentrations de SSB et de plasmide témoin dans le HSS. En réponse, l'étude a montré que l'APE1 était « recrutée dans le plasmide SSB à un stade précoce de la signalisation SSB ». Et, la recherche révèle que l'ATM est activée par les SSB.
« Les voies DDR ATM et ATR sont toutes deux ciblées dans les essais cliniques pour des maladies telles que le cancer, ce qui souligne l'importance des études mécanistiques de base sur la façon dont ATM et ATR sont activés pour maintenir la stabilité du génome », ont écrit les chercheurs.
Le laboratoire Yan est soutenu en partie par des subventions du NIH/NIEHS (R21ES032966), du NIH/NCI (R01CA225637 et R03CA270663) et des fonds de l'Université de Caroline du Nord à Charlotte.
« Régulation distincte de la signalisation ATM par les cassures monocaténaires de l'ADN et APE1 », par Haichao Zhao, Jia Li, Zhongsheng You, Howard D. Lindsay et Shan Yan dans Nature Communications.
