Typologie d'actualités : GT Réparation de l'ADN : structure, fonction et dynamique

Nos cellules sont constamment exposées aux espèces réactives de l’oxygène qui peuvent induire des lésions sur l’ADN et compromettre ainsi la stabilité des génomes nucléaire et mitochondrial et sont à l’origine de plusieurs maladies humaines telles que le cancer ou les maladies neurodégénératives.

L'ADN glycosylase OGG1 supervise la détection et l'élimination de la 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG), qui est une des bases oxydées la plus fréquemment induite par le stress oxydant. Cette lésion très mutagène a peu d’effet sur la structure native de l’ADN et sa détection nécessite une inspection minutieuse des bases par OGG1 via un mécanisme qui n'est que partiellement compris.

Des chercheurs du CBM, en collaboration avec les équipes de Sébastien Huet (IGDR, Université de Rennes) et d’Anna Campalans (IRCM, CEA-Fontenay-aux-Roses), ont caractérisé ce processus grâce à une complémentarité d’approches allant de l’analyse biochimique de l’interaction entre OGG1 et l’ADN à l’imagerie de cellules vivantes exprimant OGG1 marqué par fluorescence. Les données obtenues mettent en évidence le rôle essentiel de résidus conservés d’OGG1 contactant la 8-oxoG ou le brin d’ADN adjacent, dans le processus de détection et d’accumulation des lésions. La dynamique d'OGG1 a été suivie dans le noyau de cellules humaines en situation basale et après l’induction de la 8-oxoG par micro-irradiation laser. Il a été observé que OGG1 échantillonne constamment l'ADN en alternant rapidement entre la diffusion dans le nucléoplasme et de courts transits sur l'ADN. Le processus d'échantillonnage est étroitement régulé par le résidu conservé G245 qui est crucial pour le recrutement rapide d'OGG1 sur les lésions oxydatives induites par micro-irradiation laser. De plus, les résidus Y203, N149 et N150, impliqués dans les premiers stades de la recherche de la 8-oxoG, régulent de façon différentielle l’identification de la lésion et le recrutement de la protéine de réparation sur les lésions oxydatives.

Ostiane D’Augustin, Virginie Gaudon, Capucine Siberchicot, Rebecca Smith, Catherine Chapuis, Jordane Depagne, Xavier Veaute, Didier Busso, Anne-Marie Di Guilmi, Bertrand Castaing, J Pablo Radicella, Anna Campalans, Sébastien Huet
Identification of key residues of the DNA glycosylase OGG1 controlling efficient DNA sampling and recruitment to oxidized bases in living cells
Nucleic Acids Research, 2023;, gkad243, https://doi.org/10.1093/nar/gkad243

Contact : bertrand.castaing@cnrs-orleans.fr

Proteins are the main ‘molecular machines’ of the cell. To efficiently perform their tasks, they have to be dynamically switched on and off, recruited to specific cellular locations, and degraded in a timely manner. One of the main mechanisms that regulate these processes is temporary covalent attachment, to a protein, of extra regulatory elements known as protein post-translational modifications. The modification reaction is catalysed by specific enzymes and can lead to changes in protein activity, localisation, or half-life. Two of the common protein modifications are ubiquitin and ADP-ribose, each of which can be linked directly to a protein substrate.

In the study published in Science Advances, an international team of researchers, including Vincent Aucagne, Marcin Suskiewicz, and Hervé Meudal from the CBM in Orléans, led by Ivan Ahel and Dragana Ahel groups at the University of Oxford, have demonstrated that these two individual modifications can be joined together, producing a ‘double’ protein modification. The enzymes responsible for this process are DELTEX E3 ligases, which can efficiently attach ubiquitin to protein-linked ADP-ribose. A key contribution of Orléans scientists to the project was the analysis of the ubiquitin-ADP-ribose linkage performed using mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) equipment of the new MOV2ING platform in Orléans.

The study shows that different protein modifications can be joined together to either combine two regulatory signals or produce a third, distinct signal, with a specific function. This shows previously unappreciated level of complexity in protein regulation.

While the role of ubiquitin-ADP-ribose in cells remains unclear, DELTEX enzymes have previously been linked to both development and antiviral response. The authors showed that the SARS-CoV-2 virus possesses enzymes that can remove the new modification, possibly allowing the virus to inhibit the host immune response.

Références :
Kang Zhu, Marcin J. Suskiewicz, Hloušek-Kasun, Hervé Meudal, Andreja Mikoč, Vincent Aucagne, Dragana Ahel and Ivan Ahel
DELTEX E3 ligases ubiquitylate ADP-ribosyl modification on protein substrates
Science Advances, 5 Oct 2022, Vol 8, Issue 40 DOI: 10.1126/sciadv.add4253