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JCJC : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes : Biologie cellulaire, développement (JCJC SVSE 2)
Edition 2010


Rep-Seg


Coordination entre la synthèse d’ADN, l’assemblage de la chromatine et la ségrégation des chromosomes face à des accidents de la réplication

Accidents de la duplication des chromosomes : gestion et impact sur la stabilité des génomes.
Des accidents au cours de la duplication des chromosomes mettent en péril la capacité d’une cellule mère à transmettre son patrimoine génétique en deux copies égales à ses cellules filles. Quand, comment et pourquoi sont les questions abordées dans ce projet.

Comprendre comment des accidents de la duplication des chromosomes affectent la transmission du patrimoine génétique et son intégrité.
Le développement d’un individu de l’état d’une cellule unique jusqu’à son stade adulte nécessite des milliards de divisions cellulaires. Au cours de chaque division, une cellule doit transmettre une copie identique (aspect qualitatif) et égale (aspect quantitatif) de son jeu de chromosomes à ses deux cellules filles. Pour cela, la cellule mère duplique ses chromosomes (étape dite de réplication de l’ADN) puis transmet chaque copie (étape de ségrégation des chromosomes) à ses deux cellules filles. Ces étapes sont bien rodées et les organismes possèdent tous les éléments nécessaires à la réussite de la transmission de leur patrimoine génétique. Néanmoins, la duplication des chromosomes n’est pas un long fleuve tranquille et des accidents surviennent soit naturellement, soit suite à des expositions à des drogues (notamment celles utilisées en chimiothérapie). Ces accidents affectent l’efficacité et la qualité de la duplication des chromosomes (c’est-à-dire la réplication) et affectent ensuite la transmission des copies des chromosomes aux cellules filles (c’est-à-dire la ségrégation des chromosomes). Le génome peut s’en retrouver modifié et on dit que c’est l’intégrité du patrimoine génétique qui est mise en jeu. De multiples mécanismes sont mis en jeu pour gérer et résoudre les accidents de la duplication du patrimoine génétique. Ce projet s’attache à comprendre comment des accidents de la réplication affectent la qualité et l’efficacité de la duplication des chromosomes et leurs transmissions aux cellules filles (comment ces accidents sont détectés, comment sont-ils résolus et par quels mécanismes). Des accidents de la duplication des chromosomes sont à l’origine de modifications du patrimoine génétique dans les cellules cancéreuses, ce qui en fait un sujet de recherche intense.

Suivre le devenir d’un accident de la duplication des chromosomes dans une cellule unique.
Pour aborder les relations existantes entre accidents de la duplication des chromosomes et la fidélité de la transmission du patrimoine génétique, des organismes unicellulaires tels que la levure Schizosaccharomyces pombe sont utilisés. Cette levure présente plusieurs avantages : elle duplique ses chromosomes selon un mode assez proche de celui employé par les cellules de mammifères et la génétique y est accessible. Les drogues qui affectent la duplication des chromosomes ont des effets pléiotropes. De plus, il est difficile de présumer où les accidents vont survenir dans un génome de plusieurs Mega-bases. Pour pallier à cela, des accidents sont créés artificiellement dans une région spécifique du génome : la duplication des chromosomes survient dans des usines (appelées fourches de réplication) et le fonctionnement d’une de ces usines est ainsi affecté spécifiquement. Le projet s’attache à développer des outils de biologie cellulaire et moléculaire pour suivre au sein d’une cellule unique comment le fonctionnement de cette usine est rétablit (dynamique de résolution dans le temps et dans l’espace cellulaire) et quelles en sont les conséquences sur la fidélité et l’efficacité de transmission du patrimoine génétique. L’usine de réplication, dont le fonctionnement est affecté, est marquée avec un marqueur fluorescent (comme un tatouage), détectable par microcopie cellulaire. Des protéines impliquées dans la gestion et la résolution d’accidents de la réplication, telles que des protéines de la recombinaison homologue, sont aussi marquées avec des étiquettes fluorescentes. Il est ainsi possible d’étudier : quand et comment ces protéines s’intègrent dans l’usine de réplication affectée.

Résultats

Lors d’accidents de la duplication des chromosomes, les protéines de la recombinaison homologue permettent de restaurer le fonctionnement de l’usine de réplication affectée. Ce mécanisme renforce donc l’efficacité de duplication des chromosomes mais affecte malgré tout la qualité des copies des chromosomes dupliqués. En fait, la restauration de l’usine de réplication par la recombinaison homologue introduit des erreurs dans les copies des chromosomes. Ces erreurs concernent soit la structures même des chromosomes (comme si une page entière serait déchirée d’un livre), soit plus discrètes (comme si quelques mots seulement seraient oubliés lorsque qu’un texte est recopié). Ces erreurs peuvent donc profondément affecter le sens et l’interprétation d’un texte, et le fonctionnement de la cellule. Ce type d’erreurs a pu être reproduit en utilisant des drogues qui affectent la duplication des chromosomes et qui sont utilisées en chimiothérapies. De plus, ces erreurs sont proches de celles observées dans les cellules cancéreuses. Ce travail ouvre donc de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la transformation d’une cellule normale en cellule tumorale.

Perspectives

Ce travail ouvre donc de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes mis en jeu au cours de la transformation d’une cellule normale en cellule tumorale.

Productions scientifiques et brevets

Pas de production pour l'instant.

Partenaires

Institut Curie INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE

Aide de l'ANR 248 938 euros
Début et durée du projet scientifique - 48 mois

Résumé de soumission

Le maintien de la stabilité des génomes est essentiel pour assurer une transmission fidèle du patrimoine génétique. Pour dupliquer leurs chromosomes, les cellules eucaryotes doivent coordonner la synthèse d’ADN avec le cycle cellulaire, la cohésion des chromatides sœurs, la structure de la chromatine et la ségrégation des chromosomes. De plus, parce que la progression des fourches de réplication peut être compromise par différents obstacles naturels ou induits, les cellules doivent aussi coordonner la synthèse d’ADN avec les mécanismes de surveillance de l’intégrité du génome, de réparation and de recombinaison pour assurer une réplication complète de leur génome. Des défauts dans la coordination de ces processus sont responsables de certaines maladies génétiques humaines, associées à une instabilité génétique accrue et une prédisposition aux cancers. Plus précisément, des accidents de la réplication apparaissent comme une source d’instabilité de première importance aux cours du développement tumoral. Les processus nécessaires à la résolution de fourches de réplication bloquées sont aussi des mécanismes sous-jacents responsables de désordres du génome (réarrangements, duplications, inversions) dans certaines maladies chez l’homme. Les objectifs globaux de ce projet s’inscrivent dans la compréhension des mécanismes fondamentaux qui assurent une transmission correcte du patrimoine génétique suite à des accidents dans la progression des fourches de réplication.

Notre compréhension du maintien de la stabilité des génomes face à des accidents de la réplication est principalement fondée sur la réponse cellulaire globale à des perturbations de la réplication qui altèrent l’ensemble des fourches du génome. Cependant, il est clair que chez l’homme des régions particulières du génome sont plus sensibles que d’autres, en termes d’instabilité génétique, à des perturbations de la réplication. Parmi ces loci chromosomiques, on trouve les sites fragiles dont l’instabilité génétique est perçue comme une signature d’accidents de la réplication. De plus, suite à des perturbations de la réplication, la transmission des sites fragiles aux cellules filles en mitose semble impliquer une coordination complexe entre la synthèse d’ADN, l’assemblage de la chromatine et la ségrégation des chromosomes. Nous disposons, chez la levure schizosaccharomyces pombe, de substrats d’arrêts de réplication conditionnels qui partagent des caractéristiques communes avec les sites fragiles. Nous souhaitons combiner ces arrêts de réplication conditionnels avec des méthodes d’imagerie cellulaire sophistiquées et des méthodes d’analyse de molécules uniques (imagerie sur cellules vivantes, basée sur l’utilisation de molécules fluorescente, et peignage moléculaire de fibres d’ADN). Et cela dans le but d’élucider l’orchestration temporale et spatiale des mécanismes qui coordonnent la synthèse d’ADN avec l’assemblage de la chromatine et la ségrégation des chromosomes au niveau de régions chromosomiques victimes de blocage de fourches de réplication. Nos études porteront sur :i) la dynamique des mécanismes impliqués dans la résolution de fourches bloquées, ii) l’impact d’accidents de la réplication sur la ségrégation des chromosomes en mitose, iii) l’identification de nouveaux processus permettant le maintien génétique de régions chromosomiques victimes d’accidents de la réplication et iv) l’importance de l’assemblage des nucléosomes dans la résolution de fourches bloquées.

 

Programme ANR : JCJC : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes : Biologie cellulaire, développement (JCJC SVSE 2) 2010

Référence projet : ANR-10-JCJC-1203

Coordinateur du projet :
Madame Sarah LAMBERT (INSTITUT CURIE - SECTION DE RECHERCHE)
sarah.lambert@nullcurie.u-psud.fr

Site internet du projet : http://umr3348.curie.fr/fr/equipes-de-recherche/reponse-cellulaire-aux-perturbations-de-la-replication-sarah-lambert/reponse-ce

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.