Chaque organisme vivant a de l’ADN et chaque organisme vivant s’engage dans la réplication de l’ADN, le processus par lequel l’ADN fait une copie exacte de lui-même pendant la division cellulaire. Bien qu’il s’agisse d’un processus éprouvé, des problèmes peuvent survenir.
La réplication induite par rupture (BIR) est un moyen de résoudre ces problèmes. Chez l’homme, il est principalement utilisé pour réparer les ruptures de l’ADN qui ne peuvent être réparées autrement. Pourtant, le BIR lui-même, grâce à ses réparations de l’ADN et à la manière dont il effectue ces réparations, peut introduire ou provoquer des réarrangements génomiques et des mutations contribuant au développement du cancer.
«C’est une sorte d’épée à double tranchant», déclare Anna Malkova, professeur au Département de biologie de l’Université de l’Iowa, qui étudie le BIR depuis 1995. «La capacité de base à réparer est une bonne chose, et certaines fractures d’ADN peuvent ‘pas être réparé par d’autres méthodes. Donc, l’idée est très bonne. Mais les résultats peuvent être mauvais. «
Une nouvelle étude menée par Malkova, publiée le 20 janvier dans la revue La nature, cherche à démêler l’arrangement à haut risque-récompense du BIR en décrivant pour la première fois la séquence du début à la fin dans le BIR. Les biologistes ont développé une nouvelle technique qui leur a permis d’étudier dans un modèle de levure comment le BIR fonctionne tout au long de son cycle de réparation. Jusqu’à présent, les scientifiques n’avaient pu étudier les opérations du BIR qu’au début et à la fin. Les chercheurs ont ensuite introduit des obstructions à la réplication de l’ADN, telles que la transcription – le processus de copie de l’ADN pour produire des protéines – qui seraient aidées par le BIR.
«Notre étude montre que lorsque le BIR vient à la rescousse lors de ces collisions, son arrivée a un prix très élevé», explique Malkova, l’auteur correspondant de l’étude. «Lorsque le BIR rencontre la transcription, cela peut introduire encore plus d’instabilité, ce qui peut conduire à des mutations encore plus importantes. Par conséquent, nous pensons que des instabilités qui ont principalement été trouvées lors de collisions entre la transcription et la réplication qui auraient conduit au cancer pourraient être causées par BIR qui est venu à la rescousse. Ça vient, ça sauve, mais on peut se demander à quel point c’est vraiment utile. «
Les scientifiques ont su comment le BIR fonctionne à certaines étapes. Par exemple, ils savent que l’appareil de réparation de l’ADN forme une sorte de bulle autour de l’ADN endommagé, puis avance, décompresse l’ADN, copie des segments intacts et transfère enfin ces segments copiés vers un nouveau brin d’ADN.
Mais ce qui restait insaisissable était le suivi du BIR tout au long de son cycle de réparation. En utilisant une technique impliquant la PCR numérique par gouttelettes et une nouvelle méthode de purification de l’ADN développée par Liping Liu, étudiant diplômé en biologie, les chercheurs ont pu observer le BIR du début à la fin.
«Si vous imaginez cela comme un train, Liping a installé un tas de gares, et elle a observé comment le train se déroulait à chaque gare, en suivant l’augmentation de l’ADN à chaque gare, l’augmentation qui se produit à chaque gare, et donc, globalement , comment tout le processus se déroule », explique Malkova.
L’équipe a ensuite intentionnellement introduit des obstructions à certaines stations – transcription et une autre obstruction appelée séquences de télomères internes – pour observer comment le BIR a répondu aux obstacles. Une constatation: lorsque la transcription est introduite vers le début du processus BIR, les réparations ne commencent pas, comme si elles étaient supprimées. En outre, les chercheurs ont découvert que l’orientation de la transcription par rapport au BIR peut affecter le cycle de réparation et peut être un facteur important affectant l’instabilité qui peut favoriser le cancer chez l’homme.
«Les scientifiques savent déjà qu’il y a beaucoup d’instabilité dans les endroits où une transcription élevée rencontre une réplication normale», dit Malkova. « Ce que nous ne savions pas jusqu’à présent, c’est d’où cela vient et pourquoi cela se produit. »
Le premier auteur de l’étude, «Le suivi de la réplication induite par les ruptures montre qu’elle se bloque aux barrages routiers», est Liu, qui est étudiante en sixième année dans le laboratoire de Malkova. Les co-auteurs de l’Iowa incluent Beth Osia, Jerzy Twarowski, Juraj Kramara, Rosemary Lee, Hanzeng Li et Rajula Elango (maintenant au Beth Israel Deaconess Medical Center et à la Harvard Medical School). Les co-auteurs du Baylor College of Medicine incluent Zhenxin Yan, Luyang Sun, Sandeep Kumar, Weiwei Dang et Grzegorz Ira.
