Déchiffrage du rôle de la protéine XPC dans la réparation par excision de base (BER) et le stress oxydant

Deciphering the role of xeroderma pigmentosum C (XPC) protein in base excision repair (BER) and oxidative stress

• Auteur / Autrice : Nour Fayyad
• Direction : Walid Rachidi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 30/06/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Chimie Interface Biologie pour l’Environnement, la Santé et la Toxicologie
• Jury : Président / Présidente : Michel Sève
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Walid Rachidi, Patricia Rousselle
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascale Cohen, Anna Campalans

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN -- Réparation

Peau -- Cancer

Mots clés libres

UVB

Réparation de l’ADN

Xeroderma Pigmentosum C

Traitement thérapeutique

Stress oxydant

Cancer de la peau

UVB

DNA repair

Xeroderma Pigmentosum C

Drug treatment

Oxidative stress

Skin cancer

Résumé

La protéine Xeroderma pigmentosum C (XPC) initie la réparation globale du génome par excision de nucléotides (GG-NER) pour éliminer les lésions de l'ADN provoquant une distorsion de la double hélice induite par les rayonnements UV, telles que les photoproduits de pyrimidine (6-4) [(6-4) PPs] et les dimères de cyclobutane de pyrimidine (CPDs). Les patients déficients en XPC (XP-C) présentent une persistance de ces lésions, déclenchant ainsi une forte incidence de cancers cutanés. Ces patients souffrent également de cancers internes qui pourraient être dus à l'accumulation de lésions d’oxydation de l'ADN. Ces dernières, dont la 8-oxoguanine (8-oxoGua), sont généralement réparées par excision de bases (BER). Malgré les preuves, de plus en plus tangibles, concernant l’implication de la protéine XPC dans l'activité de plusieurs glycosylases clés de la voie BER, l'effet des mutations de XPC sur les autres facteurs de cette voie reste encore peu connu. Le but de ce travail de thèse est de répondre à cette question ouverte en caractérisant la modulation de la voie BER dans les cellules normales et les cellules XP-C issues de patients.Dans un premier temps, nous avons montré un effondrement global de l’expression de plusieurs gènes importants de la voie BER dans les cellules XP-C par rapport aux cellules témoins après irradiation aux UVB. En outre, les principales protéines liées à la réparation des dommages d’oxydation de l'ADN (OGG1, MYH, et APE1) ont été déréglées. Cela a conduit à une inefficacité du BER dans l'excision des purines oxydées induites par les UVB. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à savoir si la modulation du statut redox pouvait restaurer l'activité du BER en traitant les cellules avec différentes molécules. Nous avons montré que les prétraitements par le nicotinamide (NIC) et le N-acétyl cystéine (NAC) augmentent le niveau de glutathion, diminuent la génération des espèces réactives de l'oxygène (ROS) et augmentent l'activité du BER après irradiation aux UVB. Cependant, le prétraitement à la buthionine sulfoximine/diméthylfumate (BSO/DMF) inhibe le glutathion, augmente la production des ROS et diminue l'activité du BER après irradiation aux UVB.Sur la base de ces résultats, nous pourrions proposer que le prétraitement avec des médicaments qui pourraient augmenter le niveau de glutathion puisse protéger les cellules XP-C d'un état redox déséquilibré qui affecte la réparation de l'ADN. Cela pourrait ouvrir la voie à des stratégies thérapeutiques pour les patients XP et d'autres patients souffrant des maladies génétiques de réparation de l'ADN.Des travaux futurs sont nécessaires pour vérifier l'efficacité de ces traitements au niveau de la peau reconstruite en 3D et sur des modèles pré-cliniques in vivo. En outre, l'étude de l'interactome reliant XPC et la signalisation du glutathion pourrait être intéressante.Mots-clés : Rayonnement ultraviolet B (UVB), xeroderma pigmentosum C (XPC), réparation par excision de nucléotides (NER), lésions volumineuses (CPD et (6-4) PP), réparation par excision de bases (BER), lésions d’oxydation de l'ADN (8-oxoguanine), stress oxydatif, glutathion (GSH), nicotinamide (NIC), N-acétylcystéine (NAC),), buthionine sulfoximine/fumarate de diméthyle (BSO/DMF)

Xeroderma pigmentosum C (XPC) protein initiates global genome-nucleotide excision repair (GG-NER) to remove UV-induced helix-distorting DNA lesions such as pyrimidine (6-4) pyrimidone photoproducts [(6-4) PPs] and cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs). XPC deficient (XP-C) patients show a persistence of such lesions triggering high skin cancer incidences. They also suffer from internal cancers that could be due to the accumulation of oxidative DNA damage. Such oxidative DNA damage, including 8-oxoguanine (8-oxoGua), is usually repaired by the base excision repair (BER) pathway. Despite growing evidence about how XPC enhances the activity of several BER DNA glycosylases, the effect of XPC mutations on other BER factors and their activities is still elusive. Herein, we seek to answer this open question by characterizing normal and XP-C fibroblasts derived from patients, optimizing the conditions, and dividing our project into two parts.In part one, we showed a global downregulation of BER’s genes in XP-C cells post-UVB compared to normal ones. Furthermore, the major proteins linked to oxidative DNA damage repair (OGG1, MYH, and APE1) were downregulated. This led to an ineffectiveness of BER in excising UVB-induced oxidized purines. In part two, we investigated whether treating XP-C cells with different drugs balancing the redox state could boost BER’s activity in XP-C cells. We showed that nicotinamide (NIC) and N-acetyl cysteine (NAC) pretreatments increase glutathione level, decrease ROS level, and enhance BER’s gene expression and activity post-UVB. Meanwhile, buthionine sulfoximine/dimethylfumuate (BSO/DMF) pretreatment depletes glutathione level, increases ROS level, and impairs BER’s gene expression and activity post-UVB.Based on these results, we could propose that pretreatment with drugs that could enhance glutathione’s level may protect XP-C cells from an imbalanced redox state that affects DNA repair. This could pave the way for therapeutic strategies for XP-patients and other DNA repair-deficient patients.Future work is required to check the efficiency of such treatments on 3D reconstructed skin and in vivo models. Additionally, studying the interactome linking XPC and glutathione signaling could be interesting.Keywords: Ultraviolet irradiation-B (UVB), xeroderma pigmentosum C (XPC), nucleotide excision repair (NER), bulky lesions (CPDs and (6-4) PPs), base excision repair (BER), oxidative DNA lesions (8-oxoguanine), oxidative stress, glutathione (GSH), nicotinamide (NIC), N-acetylcysteine (NAC), buthionine sulfoximine/dimethyl fumarate (BSO/DMF)