Structural and functional studies of molecular machineries involved in the NHEJ double strand break repair pathway : towards the characterization of new anti-Cancer treatments

Études structurales et fonctionnelles des machineries moléculaires de la voie NHEJ de réparation des cassures double-brin : vers la caractérisation de nouveaux traitements anti-Cancer

• Auteur / Autrice : Murielle Seif El Dahan
• Direction : Jean-Baptiste Charbonnier, Virginie Ropars
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie structurale
• Date : Soutenance le 03/10/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Biou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Damien Coureux, Mireille Bétermier, Magali Mathieu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Biou, Pierre-Damien Coureux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer -- Thérapeutique

Mots clés libres

Maintenance des génomes

Biologie Structurale

Complexes multiprotéiques

Cribles petites molécules

Biophysique des interactions des protéines

CryoEM et cristallographie aux rayons X

CryoEM and Xray Crystallography

Structural Biology

Genome maintenance

Small molecules screening

Multiproteic complexes

Biophysical measurements of Protein Interactions

Résumé

Les thérapies conventionnelles contre le cancer, notamment la radiothérapie et la chimiothérapie, visent à générer des cassures double brin de l'ADN (CDBs) pour submerger les voies de réparation des CDBs dans les cellules cancéreuses et induire leur apoptose. D'autre part, certaines cellules cancéreuses surexpriment des facteurs des voies de réparation des CDBs. L'équipe vise à comprendre les bases moléculaires sous-jacentes à la voie du « non-homologous end-joining » (NHEJ en anglais) afin de pouvoir caractériser des inhibiteurs potentiels. Ces inhibiteurs sensibiliseraient les cellules cancéreuses et potentialiseraient ainsi les effets des thérapies. La voie NHEJ est en effet la principale voie de réparation des CDBs chez les vertébrés. Au centre de la voie NHEJ se trouve l'hétérodimère Ku70/Ku80 (Ku). Ku agit comme une plateforme de recrutement de plusieurs facteurs NHEJ à travers des motifs « Ku binding motifs » (KBM) pour assurer la ligation correcte des extrémités de l'ADN. Au cours de ma thèse, j'ai étudié le facteur PAXX. J'ai caractérisé le site de fixation du PAXX KBM sur la sous-unité Ku70 par cristallographie aux rayons X à une résolution de 2,97 Å. J'ai utilisé des techniques biophysiques proposées au laboratoire pour mieux caractériser l'interaction Ku-PAXX et j'ai défini une nouvelle classe de KBM pour PAXX. En parallèle, j'ai caractérisé le site de fixation d'un « nanobody » sur la sous-unité Ku70 également à une résolution de 3,7 Å par cryoEM. J'ai démontré que ce « nanobody » empêche la fixation de PAXX, perturbant ainsi les machineries du NHEJ.

Conventional cancer therapies, notably radiotherapy and chemotherapy, aim to generate DNA double-strand breaks (DSBs) to overwhelm DSBs repair pathways in cancer cells and induce their apoptosis. However, certain cancer cells overexpress factors involved in DSB repair pathways, allowing them to continue proliferating and resist treatments. The team's objective is to understand the molecular basis underlying the non-homologous end-joining (NHEJ) pathway in order to characterize potential inhibitors. These inhibitors would resensitize cancer cells and enhance the effects of therapies. The NHEJ pathway is indeed the main DSBs repair pathway in vertebrates. At the center of the NHEJ pathway is the Ku70/Ku80 heterodimer (Ku),which acts as a hub of recruitment for several NHEJ factors via Ku binding motifs (KBMs) to ensure the correct ligation of DNA ends. During my thesis, I focused on studying the PAXX factor, implicated in the ligation stage. I characterized the binding site of the PAXX KBM on the Ku70 subunit by X-ray crystallography at 2.97 Å resolution. I used biophysical techniques proposed in the laboratory to better characterize the Ku-PAXX interaction and defined a new class of KBM for PAXX. In parallel, I characterized the binding site of a nanobody on the Ku70 subunit at 3.7 Å resolution by cryoEM. My findings demonstrated that this nanobody inhibits PAXX binding, thus disrupting NHEJ machineries.