Les mécanismes de la robustesse biologique de Deinococcus radiodurans

Slade D, et al. Cell 2009 ; 136 : 1044-55

Les membranes sont révélées par le colorant FM 4-64 (rouge) et les nucléoïdes par le colorant DAPI (bleu) (agrandissement x 100)

Microcolonie de Deinococcus radiodurans comprenant huit tétrades

Deinococcus radiodurans est une bactérie exceptionnellement résistante à de nombreux stress génotoxiques (rayonnements ionisants, dessication, agents chimiques), qui fragmentent son génome en une multitude de segments.

En effet, la bactérie est capable de reconstituer son génome pulvérisé, grâce à un mécanisme de réparation longtemps resté inconnu. Une équipe dirigée par Miroslav Radman (unité Inserm 1001, Université Paris-Descartes) a précédemment découvert que la réassociation de ces fragments dépend d’un nouveau mécanisme moléculaire, nommé extended synthesis-dependant strandannealing (ESDSA), qui implique l’activité interdépendante de la recombinaison et de la réplication de l’ADN.

Plusieurs copies génomiques de D. radiodurans subissent des cassures de l’ADN double brin aléatoires, produisant de nombreux fragments (1). Les fragments d’ADN sont dégradés dans la direction 5’ à 3’, vraisemblablement par RecJ, libérant les extrémités simple brin (2). Les segments simple brin initient la synthèse de nouveaux brins en utilisant comme matrice l’ADN complémentaire d’un fragment chevauchant appartenant à une autre copie génomique de la même cellule (3). L’invasion des fragments chevauchants, qui est préalable à la synthèse réparatrice, dépend des protéines RecA et RadA. La synthèse de l’ADN est initiée par l’ADN polymérase III (Pol III) et allongée par (4A) Pol III, tandis que l’ADN polymérase I (Pol I) remplit les brèches résultant de la réparation par excision de bases endommagées, ou par (4B) Pol I seule (4). Deux fragments non contigus sont liés par des allongements convergents sur un troisième fragment (5). Les segments simple brin nouvellement synthétisés se dissocient (6) et s’assemblent précisément en de longs intermédiaires double brin et linéaires (7). Les flaps (brins d’ADN libres) sont enlevés par la nucléase SbcCD et les brèches remplies par Pol I (8). Les intermédiaires linéaires sont ensuite maturés en chromosomes circulaires par recombinaison homologue dépendante de RecA (9).

Mécanisme de réparation en deux étapes de l’ADN de Deinococcus radiodurans fragmentée par radiation ionisante

Pour déterminer la nature des enzymes impliquées dans ce phénomène, les chercheurs ont testé des mutants pour les recombinases RecA et RadA et pour l’ADN polymérase I. Ils ont également créé un mutant, thermosensible, pour l’ADN polymérase III. Les résultats montrent que l’intervention de RecA et RadA est préalable à la mise en œuvre de la synthèse réparatrice, dont l’initiation et l’élongation requièrent les deux polymérases.

Le système de réparation de l’ADN chez D. radiodurans fait donc intervenir des enzymes déjà connues, mais utilisées de façon plus efficace. La caractérisation de ce système constitue un pas de plus vers le développement d’une médecine régénérative.

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