Comment les cellules empêchent les copies d’ADN supplémentaires nocives

Les cellules des humains et de tous les autres organismes supérieurs utilisent un système complexe de points de contrôle et de protéines “licenciées” pour s’assurer qu’elles répliquent leurs génomes avec précision une fois avant de se diviser. En préparation de la division cellulaire, les protéines de licence s’attachent à des régions spécifiques de l’ADN, les désignant comme origines de réplication. Lorsque la phase de synthèse de l’ADN du cycle cellulaire commence, la réplication ne commence que sur ces sites autorisés et ne s’initie ou «se déclenche» qu’une seule fois, selon le modèle actuel.

Ce modèle manquait cependant un point crucial. “Le même facteur qui permet à cette licence de se produire n’est dégradé qu’après le déclenchement de ces origines de réplication”, a déclaré l’auteur principal, le Dr Tobias Meyer, professeur Joseph Hinsey en biologie cellulaire et développementale à Weill Cornell Medicine. “En principe, la cellule pourrait charger ces machines de licence sur de l’ADN déjà répliqué, donc, au lieu de deux copies, vous obtenez trois ou quatre copies de ce segment d’ADN, et ces cellules devraient perdre l’intégrité du génome et mourir ou devenir cancéreux.”

Comprendre comment les cellules évitent ce destin a été délicat. “Nous devions étudier les événements dans les premières minutes de la phase de synthèse d’ADN du cycle cellulaire, c’est donc une période très transitoire”, a déclaré le premier auteur Nalin Ratnayeke, un étudiant diplômé qui a travaillé sur ce projet à la fois à l’Université de Stanford et à Weill. Cornell Medicine dans le laboratoire du Dr Meyer. Le laboratoire a déménagé à Weill Cornell Medicine en 2020. Pour résoudre ce problème expérimental difficile, Ratnayeke a utilisé la microscopie assistée par ordinateur pour surveiller simultanément des milliers de cellules en croissance, en capturant les cellules en cours de réplication et en analysant les activités de leurs facteurs de licence et de réplication.

Les travaux ont révélé qu’un facteur de licence bien connu, CDT1, autorise non seulement un segment d’ADN à devenir une origine de réplication, mais agit également comme un frein à la réplication de l’ADN, empêchant une enzyme de réplication essentielle appelée hélicase CMG de fonctionner. Pour commencer à synthétiser l’ADN, les enzymes de la cellule doivent d’abord décomposer CDT1. “Les mécanismes précédemment proposés pour coordonner cette transition de la phase de licence du cycle cellulaire à la phase de déclenchement du cycle cellulaire dépendaient de l’inhibition des facteurs de licence”, a déclaré Ratnayeke, ajoutant que “le mécanisme que nous avons identifié ici est en fait le contraire… le le facteur de licence CDT1 lui-même empêche la progression de la synthèse d’ADN.”

Pour confirmer leurs résultats, les scientifiques ont collaboré avec des collègues du Medical Research Council de Cambridge, au Royaume-Uni, qui ont découvert que le mécanisme inhibiteur peut être récapitulé dans un système simplifié qui reproduit l’intégralité du processus de synthèse d’ADN avec des composants purifiés dans un tube à essai. “Cela nous a permis de reconstituer tous les composants de la synthèse de l’ADN et de prouver que l’hélicase CMG est directement inhibée par CDT1”, a déclaré le Dr Meyer, qui est également professeur de biochimie et membre du Sandra and Edward Meyer Cancer Center à Médecine Weill Cornell.

Étant donné que les échecs de la licence de réplication peuvent tuer des cellules ou les rendre cancéreuses, les résultats fournissent une nouvelle compréhension de la santé et de la maladie des cellules. “Les travaux futurs visant à identifier de manière mécaniste ce qui se passe avec l’inhibition de Cdt1 donneront un meilleur aperçu de la biophysique du fonctionnement de l’hélicase CMG et identifieront des régions spécifiques de ce complexe qui peuvent être ciblées à l’aide de médicaments”, a déclaré Ratnayeke.