DNA Replication in Archaea

Il a été établi chez différents organismes, des bactéries aux eucaryotes, que des défauts de réplication de l’ADN induisent une augmentation de la fréquence de recombinaison, et sont ainsi une source importante de réarrangements chromosomiques. De plus, des liens entre défauts de réplication et cancer ont désormais été identifiés. Ainsi comprendre les mécanismes moléculaires préservant l’intégrité du génome est un enjeu majeur. Beaucoup d’études tendent à identifier les mécanismes moléculaires mis en jeu chez les bactéries et les eucaryotes pour détecter les fourches de réplication arrêtées et permettre leur redémarrage. Or ces processus sont encore très mal connus chez les archées, qui constituent également des modèles d’étude pertinents, notamment de par la similitude des protéines archées avec les protéines eucaryotes. C’est pourquoi nous utilisons l’archée halophile Haloferax volcanii comme modèle d’étude.

Afin de comprendre comment se fait le maintien de la stabilité génétique chez cet organisme, nous nous intéressons plus particulièrement au rôle de la protéine Hef. Hef est une hélicase/nucléase de la famille XPF/MUS81/FANCM trouvée chez les eucaryotes et les archées, mais absente chez les bactéries. L’étude fonctionnelle de Hef chez H. volcanii a permis de proposer un rôle dans le redémarrage des fourches de réplication arrêtées (Lestini et al, 2010) (figure 1).

Figure 1 - Redémarrage

Puis l’étude de sa localisation cellulaire et dynamique de diffusion au sein des cellules vivantes, grâce à l’expression de Hef fusionnée à la protéine verte fluorescente GFP et l’utilisation de différentes techniques d’imageries, nous a permis de montrer que Hef est recrutée aux fourches de réplication arrêtées (figure 2) (Lestini et al., 2013).

Figure 2 - Foyers Hef

Afin de mieux comprendre le rôle de Hef dans le redémarrage des fourches de réplication, nous nous sommes intéressés à la dynamique de la réplication chez H. volcanii et avons développé de nouveaux outils nous permettant de mieux comprendre ce processus fondamental chez cet organisme (Delpech et al., 2018).

Nous souhaiterions désormais comprendre quel est le rôle de Hef aux fourches de réplication arrêtées, et comment elle est recrutée. L’identification des protéines présentes en conditions normales de croissance, et en réponse à des stress réplicatifs induisant l’arrêt de la réplication, nous permettra d’identifier les principaux acteurs de la réplication et du redémarrage, qu’ils soient conservés chez les bactéries et/ou les eucaryotes ou spécifiques des archées. Puis l’étude des différentes protéines identifiées, par des approches multidisciplinaires de biologie moléculaire, de génétique et de microscopie de fluorescence, permettra d’appréhender les bases moléculaires du redémarrage des fourches de réplication chez H. volcanii.

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Selected publications:

Lestini R, Collien Y, Olivier D, Olivier N, Myllykallio H. BrdU Incorporation and Labeling of Nascent DNA to Investigate Archaeal Replication Using Super-Resolution Imaging. Methods Mol Biol. 2022;2522:419-434. doi:10.1007/978-1-0716-2445-6_29. PMID: 36125768.
Cockram C, Thierry A, Gorlas A, Lestini R, Koszul R. Euryarchaeal genomes are folded into SMC-dependent loops and domains, but lack transcription-mediated compartmentalization. Mol Cell. 2021 Feb 4;81(3):459-472.e10. doi:10.1016/j.molcel.2020.12.013. Epub 2020 Dec 30. PMID: 33382984.
Delpech F, Collien Y, Mahou P, Beaurepaire E, Myllykallio H, Lestini R. Snapshots of archaeal DNA replication and repair in living cells using super-resolution imaging. Nucleic Acids Res. 2018 Nov 16;46(20):10757-10770. doi:10.1093/nar/gky829. PMID: 30212908; PMCID: PMC6237752.