Intégrer la topologie de l'ADN dans les mécanismes de formation des cassures double brin de l'ADN dépendantes de la transcription

Les dommages à l'ADN associés à la transcription constituent une source importante d'instabilité génomique. Au cours de la transcription, l'ARN polymérase II génère des contraintes topologiques dans l'ADN qui doivent être relâchées par les ADN topoisomérases, notamment TOP1 et TOP2. Des travaux récents du Partenaire 2 (Karolinska Institutet, Stockholm, Suède) ont identifié le « topoisome », un complexe associé à la transcription contenant TOP1, TOP2 et la protéine oncogénique/régulatrice de la transcription MYC. Au sein du topoisome, MYC stimule l'activité des topoisomérases afin de contrôler une transcription à haut débit. Cependant, la manière dont cette régulation de la topologie de l'ADN contribue à la formation de cassures double-brin de l'ADN (DSBs), qui constituent les lésions génomiques les plus délétères, reste mal comprise. Les travaux du Partenaire 1 (CRCT, Toulouse, France) ont montré que le piégeage de la TOP1 sur l'ADN sous forme de complexes de clivage (TOP1cc) induit des DSBs dépendantes de la transcription dans des cellules non réplicatives. Sur le plan mécanistique, ces DSBs résultent de deux cassures simple-brin (SSB) proches, situées sur des brins opposés de l'ADN : l'une est générée lors de l'élimination des TOP1cc, tandis que l'autre résulte du clivage des R-loops par des nucléases telles que XPF. Ces DSBs dépendantes de la transcription sont impliquées dans des pathologies humaines et ont notamment été associées à la neurodégénérescence ainsi qu'à l'acquisition de résistances aux thérapies ciblées contre le cancer. Des données préliminaires du Partenaire 1 identifient désormais TOP2 comme un facteur supplémentaire nécessaire à la formation des DSBs consécutives au piégeage de la TOP1. L'activité catalytique de TOP2 est requise pour ce processus, et TOP2 interagit avec XPF afin de favoriser le clivage des R-loops. Associées à l'identification du topoisome par le Partenaire 2, ces observations suggèrent que le topoisome pourrait coordonner les activités de TOP1 et TOP2 au cours de la transcription afin de favoriser la formation de DSBs en réponse au piégeage de la TOP1. Nous émettons l'hypothèse que le piégeage de la TOP1 modifie localement la topologie de l'ADN et favorise la formation de R-loops. Ces R-loops deviennent à leur tour des substrats pour le clivage dépendant de XPF. TOP2 pourrait faciliter ce processus en régulant localement la topologie de l'ADN et en favorisant le clivage des R-loops dépendant de XPF. Ce clivage générerait une seconde SSB qui, associée à la SSB liée aux TOP1cc, conduirait finalement à la formation d'une DSB. Le projet visera à tester ce modèle à l'aide d'approches génétiques, pharmacologiques, génomiques et moléculaires. Le doctorant déterminera comment l'activité de TOP2 au sein du topoisome répond au piégeage de TOP1, comment les modifications de la topologie de l'ADN influencent la formation et la résolution des R-loops, et comment ces événements contribuent à la formation de DSBs. Des manipulations génétiques et pharmacologiques des composants du topoisome, des voies de réparation des TOP1cc et du traitement des R-loops, combinées à des approches à l'échelle du génome ainsi qu'à des analyses cellulaires et moléculaires, permettront de définir les mécanismes reliant l'activité du topoisome, la topologie de l'ADN et la formation des DSBs. En établissant le lien entre la topologie de l'ADN associée à la transcription, la prise en charge des R-loops et la formation des DSBs, ce projet collaboratif apportera de nouvelles connaissances sur les mécanismes à l'origine de l'instabilité génomique associée à la transcription et sur leur implication dans les maladies humaines. École doctorale : BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies Direction : Olivier SORDET Financement : MSCA COFUND BEST