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Mus81-Eme1 : un bistouri moléculaire à cran d’arrêt

 

L’endonucléase Mus81-Eme1, spécialisée dans l’élimination des jonctions de Holliday, est activée en réponse à des dommages de la double hélice d’ADN. Les vagues de phosphorylation responsables de cette activation sont coordonnées avec la progression du cycle cellulaire. Ce mécanisme, qui évite les remaniements chromosomiques pouvant être à l’origine de la tumorigénèse, est décrit dans la revue Nature Structural and Molecular Biology par des chercheurs du Centre de recherche en cancérologie de Marseille (CRCM, CNRS/Inserm/Aix-Marseille Université) et de l’Institut de recherche Scripps aux Etats-Unis.

 

Les endonucléases dites « structure-spécifiques » sont des pivots du maintien de l'intégrité du génome. Ces enzymes constituent des bistouris moléculaires essentiels à la gestion de structures particulières adoptées par la molécule d'ADN lors de processus de réparation des chromosomes. Toute réaction impliquant une coupure de l'ADN comporte néanmoins des risques, constituant une porte ouverte à la formation de possibles remaniements chromosomiques à l'origine du processus de cancérisation. Il est donc essentiel que l'action des endonucléases structure-spécifiques soit strictement contrôlée afin d'éviter qu'elles ne deviennent elles-mêmes une source d'instabilité génomique.

L'endonucléase Mus81-Eme1 est spécialisée dans la résolution de structures particulières, les jonctions de Holliday, formées lors de la réparation des cassures de l'ADN sur les deux brins de la double hélice. Les jonctions de Holliday constituent de véritables liens physiques entre deux copies d'un même chromosome et doivent impérativement être éliminées avant la division cellulaire, afin de permettre une séparation des deux chromatides et leur distribution dans chacune des cellules filles. La résolution des jonctions de Holliday par une endonucléase telle que Mus81-Eme1 peut néanmoins s'accompagner d'un échange réciproque de fragments chromosomiques qui peut conduire, dans certains cas, à l'expression de mutations récessives, à l'inactivation de gènes suppresseurs de tumeur ou à l'activation d'oncogènes. Afin de limiter ce risque, la résolution des jonctions de Holliday semble passer préférentiellement par une voie alternative faisant intervenir l'hélicase BLM. L'action de cette hélicase, qui déroule la double hélice d'ADN, permet d'éliminer les jonctions de Holliday par un processus dit de « dissolution » qui ne nécessite la coupure que d'un seul brin de la molécule d'ADN, évitant ainsi tout risque d'échange de fragment d'ADN entre les deux copies de chromosomes.

L'importance de cette voie de « dissolution » des jonctions de Holliday est soulignée par la remarquable prédisposition au cancer des patients souffrant du syndrome de Bloom, chez qui la fonction de l'hélicase BLM est altérée. Chez ces patients, la gestion des jonctions de Holliday passe donc essentiellement par l'action d'endonucléases comme Mus81-Eme1. En cherchant à comprendre comment la cellule contrôle la balance entre les voies de dissolution et de résolution des jonctions de Holliday, l'équipe de Pierre-Henri Gaillard au CRCM a identifié un mécanisme de régulation de l'endonucléase Mus81-Eme1 qui permet de limiter son action à un moment précis du cycle de vie de la cellule, juste avant l'étape de séparation et de redistribution des chromosomes dans les cellules filles.

Ce mécanisme s'appuie sur des vagues de phosphorylation successives de la protéine Eme1 du complexe. Une première vague de phosphorylation est réalisée à chaque phase G2 du cycle cellulaire, qui correspond à la dernière phase avant la séparation des chromosomes et la division de la cellule. Cette phosphorylation cyclique de Eme1 permet à la protéine d'être ciblée par la seconde vague de phosphorylation. Celle-ci est initiée en réponse aux dommages de l'ADN et induit une augmentation de l'activité de coupure de l'ADN du complexe Mus81-Eme1, en particulier sur les jonctions de Holliday. Grâce à l'utilisation de la levure Schizosaccharomyces pombe, un remarquable modèle pour l'étude des mécanismes de maintenance de la stabilité du génome chez l'Homme, les chercheurs ont combiné des approches génétiques, moléculaires et génomiques pour montrer que cette régulation positive de l'endonucléase Mus81-Eme1 est cruciale car elle empêche la formation de remaniements chromosomiques importants en l'absence d'une hélicase de type BLM.

 

Figure : Mécanisme de régulation de l’endonucléase Mus81-Eme1 au cours du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l’ADN. Deux vagues de phosphorylation successives de la protéine Eme1 (Vague 1 en vert, Vague 2 en rouge) induisent une augmentation de l’activité de coupure de l’ADN du complexe Mus81-Eme1. Cette stimulation est cruciale pour empêcher la formation de remaniements chromosomiques importants en l’absence d’une hélicase de type BLM. © CRCM, Pierre-Henri Gaillard

 

 

En savoir plus

• Regulation of Mus81–Eme1 Holliday junction resolvase in response to DNA damage, Pierre-Marie Dehé, Stéphane Coulon, Sarah Scaglione, Paul Shanahan, Arato Takedachi, James Wohlschlegel, John Yates III, Bertrand Llorente, Paul Russell, Pierre-Henri Gaillard, Nature Structural and Molecular Biology (2013), doi:10.1038/nsmb.2550.

 

Contact chercheur

• Pierre-Henri Gaillard
  Centre de recherche en cancérologie de Marseille (CRCM)
  UMR7258 CNRS/Inserm/Aix-Marseille Université
  Institut Jean Paoli et Irène Calmettes - Centre régional de lutte contre le cancer
  27 Boulevard Lei Roure - BP 30059
  13273 Marseille Cedex 9