Présentation de l’IGMContact : Christiane ELIE
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Chercheur CNRS - Responsable d’équipe Équipe : Dynamique Moléculaire de la Réparation/Recombinaison de l’ADN Tél : 01 69 15 63 26 ou 57 10 Bât. 409, pièce n°006 |
Equipe
Christiane ELIE, Chargée de Recherche (HDR), CNRS
Florence CONSTANTINESCO, Maître de Conférences, Université Paris-Sud 11
Martine MATHIEU, Ingénieur d’études, CNRS
Adrienne KISH, Post-doctorante, ANR (2009-2011), ATER (2011-2012)
Thèmes
Le maintien de l’intégrité des chromosomes est crucial pour la survie de toute cellule et les mécanismes de recombinaison jouent un rôle clé dans ce processus. Notre axe de recherches porte sur l’étude de ces mécanismes en utilisant comme modèle d’étude des organismes du troisième Domaine du Vivant, les Archaea.
Les Archaea occupent une position phylogénétique particulière et possèdent des molécules informationnelles apparentées à celles des eucaryotes. Ce sont des modèles de choix pour l’étude des voies impliquées dans le maintien de l’intégrité des chromosomes puisqu’un grand nombre de souches sont adaptées à des températures qui produisent des lésions chromosomiques multiples et sont de surcroît résistantes à de fortes doses de radiations ionisantes. Comme chez tout organisme, les radiations provoquent la fragmentation du chromosome mais ces archaea sont capables de réparer ces cassures chromosomiques par des mécanismes constitutifs particulièrement efficaces. Nos travaux antérieurs ont montré l’implication de la protéine Mre11 dans les mécanismes de signalisation et de réparation des cassures de l’ADN chez une Archaea de l’ordre des Sulfolobales. La protéine Mre11, tout comme son partenaire Rad50 ou la recombinase, correspond à une protéine qui a été conservée au cours de l’évolution. Chez les Eucaryotes, les protéines Rad50 et Mre11 jouent un rôle central dans le maintien de l’intégrité chromosomique et interviennent entre autres dans la signalisation cellulaire de la présence de lésions de l’ADN telles les cassures double-brin ainsi que dans la réparation de ces lésions par recombinaison homologue ou illégitime. Malgré ce rôle clé, leur mécanisme d’action reste encore largement incompris. Nous avons isolé et caractérisé deux nouveaux partenaires à Rad50 et Mre11 et nous avons montré que ces partenaires sont présents chez toutes les archaea hyperthermophiles. Ces partenaires correspondent aux prototypes de deux nouvelles familles de protéines : une ADN nucléase, la protéine NurA qui agit en tant qu’exonucléase 5’-3’ et qui possède également une activité endonucléase spécifique de l’ADN simple-brin, et une ADN hélicase, HerA, qui a la particularité de dérouler l’ADN en progressant dans les deux polarités. Ces résultats suggèrent que ces protéines jouent un rôle majeur dans l’initiation de la recombinaison homologue en permettant la maturation des extrémités cassées de l’ADN et la production des extrémités nécessaires au chargement de la recombinase.
Notre objectif est d’analyser les voies dépendantes de Rad50, Mre11, HerA et NurA et de déterminer les facteurs et processus qui permettent aux archaea hyperthermophiles de maintenir l’intégrité de leur matériel génétique avec une telle efficacité.
Projets
Notre projet porte sur l’analyse tant sur le plan moléculaire que physiologique des mécanismes de réparation par recombinaison de l’ADN chez les Sulfolobales (archaea aérobies et acidophiles, température optimale de croissance de 75°-85°C, trois génomes séquencés), souches modèles de l’une des branches des Archaea, les Crenarchaea. Ce projet est centré sur l’étude fonctionnelle des protéines Rad50, Mre11, NurA, HerA et de leurs partenaires, sur l’étude de la régulation des voies dépendantes de ces protéines et sur la mise en évidence des processus impliqués dans la signalisation cellulaire de la présence des cassures de l’ADN chez ces organismes.
In vitro, notre projet est basé sur la caractérisation moléculaire et enzymatique de chaque protéine ainsi que sur l’analyse de leurs interactions fonctionnelles. Ces travaux sont effectués en combinant des techniques de biochimie et d’enzymologie classiques ainsi que des techniques de microscopie électronique. L’étude des interactions fonctionnelles entre les protéines Rad50, Mre11, NurA et HerA et leurs partenaires tels la SSB et la recombinase RadA est effectuée en utilisant des ADN synthétiques mimant des intermédiaires de recombinaison. L’approche de microscopie électronique est utilisée pour l’analyse conformationnelle des protéines et des complexes nucléoprotéiques ainsi que pour la compréhension des activités mécanistiques et dynamiques associées à l’hélicase bipolaire HerA (translocation sur l’ADN et déroulement de la double-hélice) et à la protéine Rad50 dont le rôle présumé est le rapprochement et le maintien à proximité de molécules d’ADN endommagées.
In vivo, le projet est basé sur l’isolement et la caractérisation de complexes protéiques et nucléoprotéiques à partir d’extraits cellulaires préalablement traités par des agents génotoxiques, sur l’étude cinétique des modifications post-traductionnelles des protéines lors de l’induction et de la réparation des cassures chromosomiques et sur l’identification d’autres facteurs de recombinaison présents chez ces organismes. L’étude de ces mécanismes par une approche génétique sera réalisée en collaboration étroite avec les laboratoires étrangers spécialisés dans le développement des outils génétiques chez les Sulfolobales.
Mots clés : intégrité des chromosomes, réparation/recombinaison de l’ADN, cassures double-brin de l’ADN, hélicase, nucléase, complexe Rad50-Mre11, protéine motrice, archaea hyperthermophiles, radiorésistance, génomique comparative.
Collaborations
E. Le Cam. Laboratoire de Microscopie Moléculaire et Cellulaire, Institut Gustave Roussy, Villejuif, France.
M. White. Centre for Biomolecular Science, University of Saint Andrews, United Kingdom.
J. Armengaud. Laboratoire de Biochimie des Systèmes Perturbés, CEA Marcoule, DSV, IBEB, Bagnols-sur-Cèze, France.
Contrats
ANR-07-BLAN-0350-02.
S. Gangloff RMC CEA/CNRS UMR217 - C. Elie IGM Univ Paris-Sud/CNRS UMR8621 - E. Le Cam CNRS/IGR UMR8126
Contrat de Recherche en Radiobiologie avec le conseil scientifique de radioprotection de l’EDF RB 2005-32.
C. Elie IGM Univ Paris-Sud/CNRS UMR8621.
Dernières publications
Quaiser A., Constantinesco F., White MF, Forterre P. and Elie C, (2008), The Mre11 protein interacts with both Rad50 and the HerA bipolar helicase and is recruited to DNA following gamma irradiation in the archaeon Sulfolobus acidocaldarius, BMC Molecular Biology 9(1) : 25
Constantinesco F, Forterre P, Koonin EV, Aravind L, Elie C, (2004), A bipolar DNA helicase gene, herA, clusters with rad50, mre11 and nurA genes in thermophilic archaea, Nucleic Acids Res. 32 : 1439-1447
Constantinesco F, Forterre P and Elie C, (2002), NurA, a novel 5’-3’ nuclease gene linked to rad50 and Mre11 homologs of thermophilic Archaea, EMBO reports 3 : 537-542