Études de mécanismes d'induction et de réparation des cassures double-brin de l'ADN

La cassure double-brin (CDB) de l'ADN est la lésion de l'ADN la plus toxique car elle peut conduire à la mort cellulaire si elle n'est pas réparée, ou réparée de façon incorrecte. Pour cette raison, les CDBs de l'ADN sont au cœur des chimiothérapies génotoxiques et radiothérapies employées pour éradiquer certains cancers. La compréhension des mécanismes moléculaires de l'induction, de la réponse et de la réparation des CDBs de l'ADN est primordiale pour personnaliser les traitements. Dans ce contexte, ma thèse s'est articulée autour de deux projets. Mon premier projet de thèse a eu pour objectif de comprendre les mécanismes d'induction de CDBs de l'ADN par une classe émergente de petites molécules thérapeutiques, les ligands de G-quadruplexes (LG4s). Les LG4s stabilisent une structure secondaire de l'ADN à quatre brins, le G-quadruplexe, qui se forme au cours de nombreux processus cellulaires. Nous nous sommes focalisés sur deux LG4s : le CX-5461, actuellement en essais cliniques, et la pyridostatine (PDS). Nous montrons par la sélection de cellules humaines mutagénéisées résistantes au CX-5461 que des mutations dans la Topoisomérase IIα (TOP2A) confèrent une résistance croisée au CX-5461 et au PDS. Les Topoisomérases II (TOP2) sont des enzymes résolvant les stress topologiques de l'ADN par induction de CDBs transitoires. Nous montrons que l'induction de CDBs par ces deux LG4s dépend de l'activité de la TOP2A, mais aussi de son paralogue TOP2B. Parallèlement, nous montrons que les LG4s CX-5461 et PDS augmentent la quantité de complexes TOP2/ADN, et que cette augmentation, similairement à l'induction de CDBs de l'ADN, est associée aux structures G4. Ainsi, nos travaux démontrent que les LG4s CX-5461 et PDS ciblent les TOP2 de façon G4-dépendante, ce qui ouvre de nouvelles perspectives quant à la prise en charge des patients traités par le CX-5461. Mon second projet de thèse a eu pour objectif de comprendre les mécanismes régulant le chargement du complexe Ku70/80 (Ku), principal senseur des CDBs, aux sites de CDBs. Ku est un hétérodimère en forme de panier qui, in vitro, se charge en continue sur l'ADN à partir d'une extrémité libre. En revanche, son chargement sur l'ADN est limité in cellulo. Nous montrons, dans des cellules humaines, que la sous-unité catalytique protéine kinase dépendante de l'ADN (DNA-PKcs) constitue une barrière limitant l'entrée de Ku sur l'ADN, indépendamment de son activité catalytique. La DNA-PKcs, en complexe avec Ku et l'ADN, orchestre la réparation des CDBs par jonction d'extrémité non-homologue. De plus, nous observons en absence de DNA-PKcs une entrée excessive de Ku aux sites de CDBs qui est concomitamment restreinte par deux mécanismes. Premièrement, nos résultats montrent que Ku est éliminé tout au long du cycle cellulaire suite à son ubiquitination par un complexe culline-RING activé par le processus de neddylation, dont le récepteur est la protéine F-box FBXL12. Deuxièmement, nous montrons que Ku est éliminé en phase S par le processus de résection, dépendant à la fois de la kinase ATM et du facteur de résection CtIP. En outre, nos résultats suggèrent que l'accumulation de Ku sur l'ADN inhibe le processus de transcription dès lors qu'une extrémité d'ADN est présente à proximité. Nos travaux, qui mettent en évidence les acteurs clés régulant la protéine Ku sur l'ADN, suggèrent qu'une accumulation excessive de Ku pourrait être délétère pour la cellule et ouvrent alors la voie au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Par ces deux projets, mes travaux de thèse contribuent ainsi à la compréhension des mécanismes d'induction de CDBs de l'ADN par deux LG4s, mais aussi des mécanismes de réparation des CDBs par l'étude des acteurs régulant Ku sur l'ADN.