Relation fonctionnelle entre le pool de nucléotides et PARP-1 : une nouvelle source d'instabilité génétique

par Simon Gemble

Thèse de doctorat en Biologie moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Mounira Amor-Guéret.


  • Résumé

    La stabilité du génome est compromise par les déséquilibres du pool de dNTPs qui affectent la vitesse de progression des fourches de réplication. Par exemple, la déficience en cytidine désaminase (CDA) conduit à un excès de dCTP qui induit un ralentissement des fourches de réplication. Les résultats obtenus au cours de ma thèse ont permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme par lequel un déséquilibre du pool de nucléotides compromet la complétion de la réplication et la ségrégation correcte des chromosomes. En utilisant des techniques de peignage moléculaire, de microscopie électronique et d’imagerie cellulaire permettant de quantifier le niveau basal de PAR, nous avons montré que la réplication incomplète de l’ADN lorsque la CDA est absente est due à l’inhibition partielle de PARP-1, et n’est pas liée au ralentissement de la vitesse de progression des fourches de réplication. En effet, l’accumulation intracellulaire de dCTP inhibe l’activité de PARP-1 ce qui réduit l’activation de Chk1 et l’efficacité des points de contrôle situés en aval, favorisant ainsi l’accumulation de séquences d’ADN non répliquées en mitose. Celles-ci conduisent alors à la formation de ponts anaphasiques ultrafins (UFBs) entre les chromatides sœurs au niveau de sites difficiles à répliquer tels que les centromères et les sites fragiles. Ces résultats ont des implications directes dans le syndrome de Bloom (BS), une maladie génétique rare combinant prédisposition aux cancers et instabilité génétique. Ce syndrome est la conséquence de la mutation du gène BLM, codant pour une hélicase RecQ du même nom. La déficience en BLM conduit à une chute de l’expression de la CDA résultant en une augmentation des UFBs entièrement due à l’inhibition de PARP-1 par la dCTP, indépendamment de BLM. Ces travaux décrivent ainsi une conséquence pathologique encore inconnue du déséquilibre du pool de nucléotides et révèlent un rôle inattendu de PARP-1 dans la surveillance des séquences d’ADN non répliquées prévenant leur accumulation en mitose et les défauts de ségrégation des chromosomes associés.

  • Titre traduit

    Functional relationship between nucleotide pool and PARP-1 : a new source of genetic instability


  • Résumé

    Genome stability is jeopardized by imbalances of the dNTP pool; such imbalances affect the rate of fork progression. For example, cytidine deaminase (CDA) deficiency leads to an excess of dCTP, slowing the replication fork. We describe here a novel mechanism by which pyrimidine pool disequilibrium compromises the completion of replication and chromosome segregation. Using molecular combing, electron microscopy and a sensitive assay involving cell imaging to quantify steady-state PAR levels, we found that in CDA-deficient cells DNA replication was unsuccessful due to the partial inhibition of basal PARP-1 activity, rather than slower fork speed. Indeed, the intracellular accumulation of dCTP inhibits PARP-1 activity compromising the activation of Chk1 and the downstream checkpoints efficiency, allowing the subsequent accumulation of unreplicated DNA in mitosis. This unreplicated DNA leads to the formation of ultrafine anaphase bridges (UFBs) between sister-chromatids at “difficult-to-replicate” sites such as centromeres and fragile sites. These results have direct implications for Bloom syndrome (BS), a rare genetic disease combining susceptibility to cancer and genomic instability. BS results from mutation of the BLM gene, encoding BLM, a RecQ 3’-5’ DNA helicase, a deficiency of which leads to CDA downregulation. BS cells thus have a CDA defect, resulting in a high frequency of UFBs due entirely to dCTP-dependent PARP-1 inhibition and independent of BLM status. Our results describe previously unknown pathological consequences of the distortion of dNTP pools and reveal an unexpected role for PARP-1 in preventing unreplicated DNA accumulation in mitosis and in preventing chromosome segregation defects.


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