Projet ANR-14-CE10-0020 – FineTuneCohesion : Mécanisme et régulation de la dissociation des cohésines de l'ADN
Programme : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Paul Javerzat (Institut de Biochimie et Génétique Cellulaires CNRS UMR5095)
Partenaires : Karolinska Institutet; Laboratoire public
Montant : 195520.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : La cohésine est un complexe protéique en forme d'anneau capable de capturer les molécules d'ADN. L’anneau a un diamètre voisin de 50nm et il est formé par les protéines Smc1, Smc3 et Scc1 (appelée aussi Rad21). La capture de l’ADN nécessite l’ouverture de l’anneau au niveau de l’interface Smc1-Smc3 (la porte d’entrée). Réciproquement, l’ADN peut s’échapper de l’anneau via l’ouverture de l’interface Rad21-Smc3 (la porte de sortie). Il en résulte que le temps pendant lequel l’ADN est capturé est déterminé par l’équilibre entre les réactions de capture et d’échappement de l’ADN.
Les cohésines participent à de nombreux processus cellulaires et il est anticipé que la régulation passe au moins en partie par le contrôle des cycles de capture-échappement. Prévenir l’échappement de l’ADN est en effet crucial pour la cohésion des chromatides sœurs qui doit persister depuis la réplication de l’ADN jusqu’au moment de la division nucléaire, un intervalle de temps de l’ordre de quelques heures dans les cellules somatiques à plusieurs dizaines d’années pour les ovocytes humains ! La cohésion peut aussi être renforcée en réponse à une cassure double-brin de l’ADN ou encore promouvoir la formation de boucles intra-chromosomiques ayant pour effet d’organiser l’architecture nucléaire et la régulation transcriptionnelle de l’expression génique (contacts enhancer-promoter, domaines chromatiniens et isolateurs transcriptionnels).
La fonction de capture de l’ADN par les cohésines est ainsi centrale à de nombreux processus cellulaires ce qui souligne l’importance de comprendre sa régulation. L’échappement de l’ADN est stimulé par la protéine Wapl et la réaction est bloquée lorsque les protéines Smc3 et Rad21 sont artificiellement liées de façon covalente, suggérant fortement que l’interface Smc3-Rad21 est la porte de sortie et que Wapl est l’outil moléculaire qui promeut son ouverture. La question clé – et qui fait l’objet de ce projet - est de comprendre comment Wapl promeut l’ouverture de la « porte de sortie ».
Wapl contacte le complexe cohésine en plusieurs sites et notamment au niveau de l’interface Smc3-Rad21. Les interactions Wapl-cohésine peuvent être reconstituées in vitro mais pas l’ouverture de l’interface Smc3-Rad21, ce qui suggère l’existence d’un (ou plusieurs) effecteur en aval de Wapl qui porterait l’activité nécessaire à l’ouverture.
Nos résultats récents suggèrent que nous avons identifié une telle activité. Un crible génétique chez la levure Schizosaccharomyces pombe a identifié un nouvel acteur codant une phosphatase conservée de la levure à l’espèce humaine. Nos données suggèrent un modèle de travail dans lequel la phosphatase contacte le complexe cohésine et promeut l’ouverture de la porte de sortie de façon dépendante de Wapl et de la déphosphorylation de Rad21. Le projet vise à valider ce modèle et décrypter les mécanismes moléculaires sous-jacents. Une approche pan-génomique sera utilisée pour caractériser les conséquences fonctionnelles de ce mode de régulation à l’échelle du génome.
Compte-tenu de la conservation des facteurs concernés, il est attendu que les connaissances générées soient de portée générale. La grande variété des fonctions contrôlées par les cohésines – et les pathologies humaines correspondantes – soulignent la nécessité de connaissances fondamentales solides dans ce domaine. Nos données ouvrent une nouvelle voie de recherche dans ce domaine très compétitif. Un soutien financier à ce stade est crucial pour nous permettre de concrétiser l’avance conceptuelle que nous procurent ces nouvelles connaissances.