Régulation dépendante du cycle cellulaire de la réparation par excision de nucléotides

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN.

Identification et caractérisation de facteurs impliqués dans la réplication et la stabilité des génomes des organelles de plantes

Comparativement au génome contenu dans le noyau de la cellule de plante, nos connaissances des génomes des deux organelles de cette cellule, soit le plastide et la mitochondrie, sont encore très limitées. En effet, un nombre très restreint de facteurs impliqués dans la réplication et la réparation de l’ADN de ces compartiments ont été identifiés à ce jour. Au cours de notre étude, nous avons démontré l’implication de la famille de protéines Whirly dans le maintien de la stabilité des génomes des organelles. Des plantes mutantes pour des gènes Whirly chez Arabidopsis thaliana et Zea mays montrent en effet une augmentation du nombre de molécules d’ADN réarrangées dans les plastides. Ces nouvelles molécules sont le résultat d’une forme de recombinaison illégitime nommée microhomology-mediated break-induced replication qui, en temps normal, se produit rarement dans le plastide. Chez un mutant d’Arabidopsis ne possédant plus de protéines Whirly dans les plastides, ces molécules d’ADN peuvent même être amplifiées jusqu’à cinquante fois par rapport au niveau de l’ADN sauvage et causer un phénotype de variégation. L’étude des mutants des gènes Whirly a mené à la mise au point d’un test de sensibilité à un antibiotique, la ciprofloxacine, qui cause des bris double brin spécifiquement au niveau de l’ADN des organelles. Le mutant d’Arabidopsis ne contenant plus de protéines Whirly dans les plastides est plus sensible à ce stress que la plante sauvage. L’agent chimique induit en effet une augmentation du nombre de réarrangements dans le génome du plastide. Bien qu’un autre mutant ne possédant plus de protéines Whirly dans les mitochondries ne soit pas plus sensible à la ciprofloxacine, on retrouve néanmoins plus de réarrangements dans son ADN mitochondrial que dans celui de la plante sauvage. Ces résultats suggèrent donc une implication pour les protéines Whirly dans la réparation des bris double brin de l’ADN des organelles de plantes. Notre étude de la stabilité des génomes des organelles a ensuite conduit à la famille des protéines homologues des polymérases de l’ADN de type I bactérienne. Plusieurs groupes ont en effet suggéré que ces enzymes étaient responsables de la synthèse de l’ADN dans les plastides et les mitochondries. Nous avons apporté la preuve génétique de ce lien grâce à des mutants des deux gènes PolI d’Arabidopsis, qui encodent des protéines hautement similaires. La mutation simultanée des deux gènes est létale et les simples mutants possèdent moins d’ADN dans les organelles des plantes en bas âge, confirmant leur implication dans la réplication de l’ADN. De plus, les mutants du gène PolIB, mais non ceux de PolIA, sont hypersensibles à la ciprofloxacine, suggérant une fonction dans la réparation des bris de l’ADN. En accord avec ce résultat, la mutation combinée du gène PolIB et des gènes des protéines Whirly du plastide produit des plantes avec un phénotype très sévère. En définitive, l’identification de deux nouveaux facteurs impliqués dans le métabolisme de l’ADN des organelles nous permet de proposer un modèle simple pour le maintien de ces deux génomes.

Identification of a novel herpesvirus associated with a penile proliferative lesion in a beluga (Delphinapterus leucas).

The carcass of an adult male beluga (Delphinapterus leucas) was found beach cast in 2008 on the shore of the St. Lawrence Estuary at Rivière-Ouelle, Quebec, Canada. The carcass was transported to the Faculté de médecine vétérinaire of the Université de Montréal for postmortem examination. Aspiration pneumonia was the probable cause of death. Necropsy revealed a focal papilloma-like penile lesion, characterized by focal mucosal thickening with disorganization of the epithelial layers and lymphoplasmacytic infiltration. A pan-herpesvirus nested PCR assay on frozen tissue from the penile lesion was positive. The PCR product sequencing revealed a partial herpesvirus DNA polymerase (DPOL) gene sequence of 600 nucleotides. Its nearest nucleotide identity was with the partial DPOL gene of an alphaherpesvirus, bovine herpesvirus 5 (79.5% identity). It also shared high identity with several other marine mammal herpesviruses (50.2 to 77.3% identity). This new herpesvirus was tentatively named beluga whale herpesvirus (BWHV). Virus isolation was unsuccessful. The pathogenic potential of BWHV is unknown, but the evaluation of archived tissues suggests that the virus is endemic in the St. Lawrence Estuary beluga population.

Identification of a novel herpesvirus associated with cutaneous ulcers in a fisher (Martes pennanti).

On December 8, 2008, a male fisher (Martes pennanti) housed in a quarantine enclosure at the St-Félicien Zoo was found dead with multiple skin ulcers on the muzzle and plantar pads. At necropsy, no major findings were found, and a specific cause of death was not determined microscopically. However, at the borders of ulcerated sites, there were increased numbers of koilocytes, with perinuclear vacuolation and nuclear enlargement. A pan-herpesvirus nested polymerase chain reaction (PCR) assay was conducted, and an expected PCR product of 230 nucleotides was obtained within tissues collected from around the skin ulcers. Other tissues, including intestines and pool of lung, liver, and kidney, tested negative. The obtained PCR amplicon was sequenced and was highly related to the partial viral DNA polymerase (DPOL) gene of Mustelid herpesvirus 1. Virus isolation was negative, and no virion was detected by electron microscopy. The pathogenic potential of this novel herpesvirus and its role in the death of the fisher are unknown.

Herpesviruses including novel gammaherpesviruses are widespread among phocid seal species in Canada.

Little is known about herpesviruses in Canadian pinnipeds. We measured prevalence of antibodies to herpesviruses in the sera from Canadian phocid seals by an indirect enzyme-linked immunosorbent assay. Wild harbor seals (Phoca vitulina) and captive harbor seals were positive for antibodies to Phocid herpesvirus 1 (PhoHV-1) at prevalences of 91% and 100%, respectively. Sera from wild hooded seals (Cystophora cristata), harp seals (Pagophilus groenlandica), and grey seals (Halichoerus grypus) were positive for antibodies to PhoHV-1 antigenically related herpesvirus antigens at 73%, 79%, and 96%, respectively. We isolated new herpesviruses in cell culture from two hunter-harvested ringed seals (Pusa hispida) in poor body condition from Ulukhaktok, Northwest Territories, Canada; one lethargic hooded seal from the St. Lawrence Estuary, Québec, Canada; and one captive, asymptomatic harp seal from the Magdalen Islands, Québec. Partial sequencing of the herpesvirus DNA polymerase gene revealed that all four virus isolates were closely related to PhoHV-2, a member of the Gammaherpesvirinae subfamily, with nucleotide similarity ranging between 92.8% and 95.3%. The new seal herpesviruses were genetically related to other known pinniped herpesviruses, such as PhoHV-1, Otariid herpesvirus 3, Hawaiian monk (Monachus schauinslandi) seal herpesvirus, and Phocid herpesvirus 5 with 47–48%, 55%, 77%, and 70–77% nucleotide similarities, respectively. The harp seal herpesvirus and both ringed seal herpesviruses were almost identical to each other, whereas the hooded seal herpesvirus was genetically different from the three others (92.8% nucleotide similarity), indicating detection of at least two novel seal herpesviruses. These findings are the first isolation, partial genome sequencing, and identification of seal gammaherpesviruses in three species of Canadian phocid seals; two species of which were suspected of exposure to one or more antigenically related herpesviruses based on serologic analyses.

The role of GAPDH in maintaining the functional state of the DNA repair enzyme APE1

Les sites apuriniques/apyrimidiniques (AP) sont des sites de l’ADN hautement mutagène. Les dommages au niveau de ces sites peuvent survenir spontanément ou être induits par une variété d’agents. Chez l’humain, les sites AP sont réparés principalement par APE1, une enzyme de réparation de l’ADN qui fait partie de la voie de réparation par excision de base (BER). APE1 est une enzyme multifonctionnelle; c’est une AP endonucléase, 3’-diestérase et un facteur redox impliqué dans l’activation des facteurs de transcription. Récemment, il a été démontré qu’APE1 interagit avec l’enzyme glycolytique GAPDH. Cette interaction induit l’activation d’APE1 par réduction. En outre, la délétion du gène GAPDH sensibilise les cellules aux agents endommageant l’ADN, induit une augmentation de formation spontanée des sites AP et réduit la prolifération cellulaire. A partir de toutes ces données, il était donc intéressant d’étudier l’effet de la délétion de GAPDH sur la progression du cycle cellulaire, sur la distribution cellulaire d’APE1 et d’identifier la cystéine(s) d’APE1 cible(s) de la réduction par GAPDH. Nos travaux de recherche ont montré que la déficience en GAPDH cause un arrêt du cycle cellulaire en phase G1. Cet arrêt est probablement dû à l’accumulation des dommages engendrant un retard au cours duquel la cellule pourra réparer son ADN. De plus, nous avons observé des foci nucléaires dans les cellules déficientes en GAPDH qui peuvent représenter des agrégats d’APE1 sous sa forme oxydée ou bien des focis de la protéine inactive au niveau des lésions d’ADN. Nous avons utilisé la mutagénèse dirigée pour créer des mutants (Cys en Ala) des sept cystéines d’APE1 qui ont été cloné dans un vecteur d’expression dans les cellules de mammifères. Nous émettons l’hypothèse qu’au moins un mutant ou plus va être résistant à l’inactivation par oxydation puisque l’alanine ne peut pas s’engager dans la formation des ponts disulfures. Par conséquent, on anticipe que l’expression de ce mutant dans les cellules déficientes en GAPDH pourrait restaurer une distribution cellulaire normale de APE1, libérerait les cellules de l’arrêt en phase G1 et diminuerait la sensibilité aux agents endommageant l’ADN. En conclusion, il semble que GAPDH, en préservant l’activité d’APE1, joue un nouveau rôle pour maintenir l’intégrité génomique des cellules aussi bien dans les conditions normales qu’en réponse au stress oxydatif.