Littérature scientifique sur le sujet « Cohésion des chromatides soeurs »

Chaque fois qu'une cellule se divise, les deux cellules filles doivent recevoir un lot complet de chromosomes. Les deux chromatides soeurs répliquées sont maintenues associées par le complexe cohésine. Pour contrecarrer la tension induite par l'attachement bipolaire, le complexe cohésine est enrichi aux centromères. Chez S. Pombe, Swi6 est une protéine constitutive de l'hétérochromatine centrométrique. J'ai démontré que Swi6 est nécessaire à la cohésion des chromatides soeurs aux centromères mais pas au niveau des bras de chromosome via un recrutement des cohésines par l'hétérochromatine. Ce travail démontre que l'hétérochromatine est nécessaire à la cohésion aux centromères. Le gène ss13 identifié au laboratoire code pour une nouvelle protéine. J'ai démontré que ss13 est un gène essentiel à la cohésion des chromatides soeurs en permettant l'association des cohésines aux chromosomes. Ss13 agit pendant la phase S, vraisemblablement en amont des facteurs d'établissement de la cohésion
When cells divide, each daughter cell must receive a complete set of chromosomes. To achieve accurate segregation, the two replicated sister chromatids are held together by a proteinaceous complex called cohesin. To counteract the tension induced by bipolar attachment of the microtubules, the cohesin complex is enriched at centromeres. In S pombe, Swi6 is a constitutive protein of centrometric heterochromatin. I found that Swi6 is required for sister chromatid cohesion at centromeres but not along chromosome arms. Accordingly, Swi6 is required for cohesin enrichment at centromeres but not on chromosome arm sites. This work has demonstrated that heterochromatin is required for cohesion at centromeres. The ss13 gene identified in the laboratory encodes a new protein. I have demonstrated that ss13 is essential for chromosome cohesion. Ss13 acts during S phase for cohesin association with chromatin, presumably upstream cohesion establishment fctors

La cohésion des chromatides sœurs est assurée par un complexe protéique en forme d’anneau assurant leur capture topologique. Ce complexe est constitué par des protéines conservées de la levure à l’Homme regroupées sous le terme « cohésine » : Smc1, Smc3 et la phosphoprotéine Scc1 fermant l’anneau (respectivement Psm1, Psm3 et Rad21 chez Schizosaccharomyces pombe). Les protéines régulatrices Rad61-Wapl, Pds5 et Scc3 (Wpl1,Pds5 et Psc3 respectivement chez S. pombe) interagissent avec l’anneau via Scc1. Il a été proposé que la capture de l’ADN par les cohésines nécessite l’ouverture transitoire de l’interface Smc1/Smc3. La réaction de dissociation fait quant à elle intervenir le sous-complexe Wapl/Pds5/Scc3 entraînant vraisemblablement l’ouverture de l’interface Scc1/Smc3. Le mécanisme par lequel la cohésion est créée et celui par lequel Wapl promeut la dissociation des cohésines des chromosomes, sont encore inconnus. Parmi les mutants de cohésion chez Saccharomyces cerevisiae, la mutation thermosensible eco1-1 affecte le gène ECO1 codant une acétyl-transférase, essentielle à la viabilité cellulaire, conservée de la levure à l’Homme (Eco1 « Establishment of Cohesion » chez S. cerevisiae, Eso1 chez S.pombe, ESCO1-2 chez l’Homme) et ayant Smc3 pour substrat. Il a été montré que l’acétyl-transférase s’oppose à l’action de dissociation de Wapl. C’est un crible génétique réalisé par plusieurs équipes, visant à trouver des mutants suppresseurs d’eco1-1, qui a permis d’identifier les gènes codant les protéines Wapl, Pds5, Scc3 et Smc3 comme composants du mécanisme d’ouverture de l’anneau de cohésine. Un crible similaire a été réalisé chez S.pombe dans notre laboratoire, dans le but de trouver des suppresseurs de la mutation thermosensible eso1-H17. Ce crible a identifié les gènes orthologues à ceux trouvés chez la levure : wpl1, pds5, psc3 et psm3 mais aussi le gène codant la sous-unité catalytique du complexe sérine/thréonine phosphatase de type IV (PP4), noté pp4c. Nous avons alors mis en œuvre des expériences pour caractériser PP4c ainsi que sa sous-unité régulatrice Psy2 qui s’est révélée être également impliquée dans la cohésion des chromatides soeurs. Nous avons également identifié la protéine Rad21 comme substrat du complexe PP4, puis identifié les phosphosites potentiellement cibles de PP4, pour ensuite cribler et analyser des phosphomutants de Rad21 récapitulant l’effet suppresseur de la délétion de PP4
Sister-chromatid cohesion is ensured by a ring shape protein complex which is in charge of their topological embrace. This complex consists of proteins which are conserved from yeast to human and grouped under the term “cohesin”: Smc1, Smc3 and the phosphoprotein Scc1 which closes the ring (respectively Psm1, Psm3 and Rad21 in Schizosaccharomyces pombe). The regulatory proteins Rad61-Wapl, Pds5 and Scc3 (Wpl1,Pds5 and Psc3 respectively in S. pombe) interact with the ring via Scc1. It has been suggested that DNA capture by the cohesin complex involves the transient opening of the Smc1/Smc3 interface. The dissociation reaction involves the sub-complex Wapl/Pds5/Scc3 which likely causes the opening of the Scc1/Smc3 interface. The mechanisms by which cohesion is created and by which Wapl promotes the cohesin dissociation from chromosomes are still unknown. Among the cohesion mutants in Saccharomyces cerevisiae the thermosensitive eco1-1 mutation affects the ECO1 gene encoding an acetyl-transferase essential for cell viability and conserved from yeast to human (Eco1 « Establishment of Cohesion » in S.cerevisiae, Eso1 in S. pombe and ESCO1-2 in human) and whose substrate is Smc3. It has been shown that the acetyl-transferase counteracts the dissociation action of Wapl. A genetic screen carried out by several teams in order to find suppressors of the eco1-1 mutation has led to the identification of the genes encoding the Wapl, Pds5, Scc3 and Smc3 proteins as components of the opening mechanism of the cohesin ring. A similar screen was carried out in S. pombe in our lab to find suppressors of the thermosensitive mutation eso1-H17. This screen identified the orthologous genes to those found in the budding yeast: wpl1,pds5, psc3 and psm3 and also the gene encoding the catalytic subunit of the type 4 serine/threonine phosphatase complex (PP4) named pp4c. We have therefore carried out experiments to characterize PP4c and its regulatory subunit Psy2 which has also been found to be involved in sister-chromatid cohesion. We have likewise identified the Rad21 subunit as a PP4 substrate and identified phosphosites as potential targets of PP4. We have then screened and analyzed Rad21 phosphomutants which were able to mimic the suppressor effect of the deletion of pp4c

Le complexe cohésine maintient associées les chromatides sœurs depuis la réplication jusqu’à leur ségrégation en mitose. Une question majeure est de comprendre comment la cohésion est établie lors de la phase S. Chez les mammifères et S. pombe, les cohésines sont associées de manière labile aux chromosomes pré-réplicatifs et l’établissement de la cohésion en phase S s’accompagne de la stabilisation de l’association des cohésines aux chromosomes. L’objectif de ce travail est de comprendre comment la dynamique des cohésines est régulée et comment son inhibition créée la cohésion.En G1 les cohésines associées aux chromosomes s’échangent avec le pool soluble et leur dissociation dépend de Pds5 et Wapl. La première partie de ce travail présente les résultats d’un crible génétique visant à identifier de nouveaux régulateurs de la dynamique des cohésines.L’établissement de la cohésion nécessite l’acétyltransférase Eso1 mais pas en contexte Δwpl1, indiquant que la seule mais essentielle fonction d’Eso1 est de s’opposer à celle de Wapl. L’acétylation de Smc3 par Eso1 contribue mais n’est pas suffisante pour contrecarrer Wapl, suggérant l’existence d’un autre événement dépendant d’Eso1. En G1, Pds5 agit avec Wapl pour dissocier les cohésines des chromosomes mais après la phase S, Pds5 est requise pour leur maintien sur les chromosomes et pour la cohésion à long terme. Pds5 co-localise avec la fraction stable de cohésines mais pas Wapl. Nous suggérons un modèle dans lequel la cohésion est créée par deux événements d’acétylation couplés à la progression de la fourche de réplication conduisant à l’éviction de Wapl des cohésines destinées à produire la cohésion
Following DNA replication, sister chromatids are connected by cohesin to ensure their correct segregation during mitosis. How cohesion is created is still enigmatic. The cohesin subunit Smc3 becomes acetylated by ECO1, a conserved acetyl-transferase, and this change is required for cohesion. As in mammals, fission yeast cohesin is not stably bound to G1 chromosomes but a fraction becomes stable when cohesion is made. The aim of this work was to understand how cohesin dynamics is regulated and how the change in cohesin dynamics creates cohesion.In G1 chromatin bound cohesin exchange with the soluble pool and the unloading reaction relies in part on Wapl. The first part of this study reports on the identification of G1/S factors as new candidate regulators of cohesin dynamics.Following S phase a stable cohesin fraction is made. The acetyl-transferase Eso1 is not required for this reaction when the wpl1 gene is deleted. Yet, it is in wild-type cells, showing that the sole but essential Eso1 function is counteracting Wapl. Eso1 acetylates the cohesin sub-unit Smc3. This renders cohesin less sensitive to Wapl but does not confer the stable binding mode, suggesting the existence of a second Eso1-dependent event. The cohesin sub-unit Pds5 act together with Wapl to promote cohesin removal from G1 chromosomes but after S phase Pds5 is essential for cohesin retention on chromosomes and long term cohesion. Pds5 co-localizes with the stable cohesin fraction whereas Wapl does not. We suggest a model in which cohesion establishment is made by two acetylation events coupled to fork progression leading to Wapl eviction while keeping Pds5 on cohesin complexes intended to make cohesion

Afin de préserver leur niche de vie, les bactéries produisent et sécrètent des antibiotiques avec des propriétés génotoxiques. Divers processus moléculaires maintiennent l’intégrité génomique de tous les organismes vivants. Ces évènements sont primordiaux car la structure de l’ADN est endommagée en permanence par le métabolisme cellulaire (tel que le stress oxydatif ou lors de sa réplication), ou d’autres agents de l’environnement. Les antibiotiques sont utilisés pour des applications cliniques afin de traiter les infections ou le cancer. Dans le travail ici présenté, nous analysons la réponse au stress génomique (GSR) induit par deux antibiotiques génotoxiques : la Bléomycine (BLM) et la Mitomycine-C (MMC). Ces deux antibiotiques altèrent l’ADN de différentes manières tout en conduisant à des cassures doubles brins (DSB). Les DSB sont suspectées d’être la cause principale de la mort cellulaire. Les DSB sont réparées par recombinaison homologue (HR). Des études récentes ont révélé que la HR est essentielle pour survivre aux lésions causées par la BLM et la MMC. Les premiers travaux sur le sujet, ainsi que les premiers modèles présentés dans les livres d’éducation, attribuent une voie de réparation particulière, selon le type de lésion à l’ADN. La protéine RecN, induite par le régulons SOS, joue un rôle important dans la réparation de l’ADN et le traitement des lésions générées par ces deux antibiotiques. Cependant, la fonction de RecN dans ces deux processus n’est pas clairement comprise. RecN est une protéine qui joue un rôle dans la maintenance structurelle du chromosome (SMC). Elle se lie sur de l’ADN simple brin (ADNsb) (et qui peut attraper une seconde molécule d’ADN ?). In vitro, RecN stimule la ligation de molécules d’ADN. In vivo, RecN arrête la ségrégation des chromatides soeurs, et induit une compaction extrême du nucléoide. La sur-expression de RecN est toxique pour les cellules et son niveau est régulé par l’enzyme ClpXP, faisant partie du protéasome. RecN interagit avec RecA, toutes deux sont requises pour survivre aux DSB induites par l’endonucléase I-SCE 1. Elles sont généralement associées dans le même groupe épistatique. Des résultats récents suggèrent que RecA et RecN pourraient également avoir des voies d’actions distinctes, toutes deux importantes pour la réparation de l’ADN. Dans l’étude que l’on présente, nous avons utilisé à notre avantage, son implication dans le processus de réparation de deux types de lésions, pour questionner l’implication de RecN dans la réponse génomique au stress (GSR). Nous avons démontré que la dynamique des chromatides soeurs et que le changement de conformation du nucléoïde induit par RecN, est différent selon l’antibiotique utilisé. En présence de lésions induites par la MMC, RecN est requise en pre-traitement des lésions par « réparation par excision de nucléotide » (NER), et son activité sur les chromatides soeurs se manifeste tôt dans le processus de réparation. A l’inverse, en présence de lésions induites par la BLM, l’activité de RecN ne nécessite pas de traitement par le NER, et se manifeste plus tard, durant les phases de récupération. L’analyse par transposition insertion (TIS) a révélé que recN est un des rares gènes du SOS impliqué dans le GSR des deux antibiotiques. L’absence de RecN perturbe grandement le GSR, notamment par l’augmentation de la pression sur le système de réparation par excision de base (BER), tout en réduisant l’importance de la HR. L’analyse du TIS a également mis en évidence, l’implication extrême de multiples voies telles que : les pompes à efflux, la gestion du stress oxydatif, et le contrôle du cycle cellulaire, pour permettre une récupération de l’altération des dommages à l’ADN. L’activité de RecN est un point de bascule entre différentes solutions de réparation. Plus généralement, ce travail illustre que le GSR est un processus intégré que la cellule déploie pour générer les conditions de sa survie
To preserve their niche, bacteria frequently produce and secrete antibiotics with genotoxic properties. Molecular processes that maintain genomic integrity are essential for all organisms. This is necessary because DNA damage can arise during every round of genome duplications. These antibiotics have been used for clinical application to treat infections or cancers. In the present work, we analyzed the Genomic Stress Response (GSR) induced by two genotoxic antibiotics: Bleomycin (BLM) and Mitomycin C (MMC). Although MMC and BLM alter DNA in different ways, they both lead to double strand breaks (DSB). The DSBs are suspected to be the major cause of cell death repaired by homologous recombination (HR). Earlier studies revealed that HR is essential to bacteria to survive BLM and MMC toxicity. Pioneer works and recent textbooks tend to attribute a particular DNA damage response (DDR) to each type of lesions. The RecN protein, induced by the SOS regulon, appeared to play important roles in the processing and repair of DNA lesions generated by MMC and BLM. However, the function of RecN in these two repair processes is not yet understood. RecN is a structural maintenance chromosome (SMC)-like protein that binds on single strand DNA where it can catch a second DNA molecule. In vitro, RecN stimulates the ligation of DNA molecules. In vivo, RecN prevents sister chromatid segregation and promotes an extreme nucleoid compaction. RecN overexpression is toxic for the cell and its level is regulated by ClpXP proteasome. Because RecN interacts with RecA and both are equally required to survive I-SCE 1 mediated DSB, they are generally associated in the same epistatic group. However, recent data suggest that RecA and RecN may also function in genetically distinct pathways, important for the DNA repair. In the present study, we took advantage of RecN involvement in the repair of two different types of DNA lesions to investigate the GSR. We demonstrated that sister chromatid dynamics and nucleoid management by RecN differ according to the drug considered. In presence of MMC-induced lesions, RecN requires a pre-processing of the lesions by the nucleotid excision repair (NER) and its activity on sister chromatids occurs early in the repair process. By contrast, in presence of BLM-induced lesions, RecN activity does not require NER processing and occurs later in the recovery phase. Transposition insertion (TIS) analysis revealed that recN is one of the rare DDR genes involved in the GSR of both drugs. A lack of RecN significantly disturbed the GSR, by increasing notably the pressure on the base excision repair (BER) pathway, while reducing concomitantly the importance of homologous recombination. The TIS analysis also highlighted how important drug tolerance pathways such as: efflux systems, oxidative stress management and cell cycle controllers, are for successful recovery from DNA alterations. Moreover, RecN activity influences the balance between different solutions. More generally, this work illustrates that GSR is an integrated process that cells adopt to create the most appropriate conditions for their survival

Chez les bactéries, la ségrégation du chromosome est initiée durant la phase de réplication. Des expériences de time lapse, utilisées pour observer que la dynamique des loci frères durant le cycle cellulaire, montrent que, chez Escherichia coli, les régions sœurs restent colocalisées pour une période significative dans les régions des macrodomaines du chromosome et pour une courte période dans les régions non-structurées. Nous nous sommes posés la question suivante: est ce que l'étape de colocalisation révèle une réelle cohésion entre les chromatides sœurs ? Pour y répondre, nous avons développé un outil génétique, alternatif aux outils de biologie cellulaire, permettant de mesurer la distance entre les chromatides sœurs de manière directe. La fréquence de recombinaison intermoléculaire médiée par la recombinase Cre entre les sites loxP positionnés sur les chromatides sœurs est mesurée pour différentes positions. De cette fréquence, nous avons pu déduire la proximité entre les chromatides sœurs. Nous révélons que les loci frères restent proche l'un de l'autre pour une courte période après la réplication. Nous appelons cette étape la cohésion moléculaire, celle-ci est dépendante du locus considéré. Nous montrons que les facteurs qui favorisent la colocalisation des foci frères n'augmentent pas nécessairement l'habilité des loci frères à recombiner. En effet, la protéine MatP, un acteur de la colocalisation des macrodomaines Ter, n'affecte pas la cohésion entre les deux copies de cette région. La Topoisomérase IV est un facteur essentiel à la ségrégation des chromosomes. En son absence, les chromosomes ne peuvent se ségréger et restent colocalisés dans la cellule. Nous révélons par le test de recombinaison que l'absence de Topoisométase IV dans les cellules provoque une augmentation des interactions entre chromatides sœurs. Au final, nous avons montré que l'étape de cohésion est différente de la colocalisation, que les mécanismes moléculaires diffèrent d'une étape à l'autre et que les liens de précaténation moduleraient la cohésion post-réplicative entre chromatides sœurs.

Pour assurer une ségrégation correcte des chromosomes, la cohésion entre les deux chromatides sœurs doit être protégée au centromère contre la vague de phosphorylation du "prophase pathway", depuis la prophase jusqu'à la transition métaphase-anaphase. Cette protection est sous contrôle de la shugoshine (Sgo1), une protéine recrutée au centromère par la thréonine 120 de l'histone H2A phosphorylée par la kinase Bub1. Mon équipe d'accueil a montré que la déplétion de la désacétylase HDAC3 conduit à l'acétylation et la perte de la di-méthylation de la lysine 4 de l'histone 3 au centromère. Cette acétylation forcée de H3K4 est corrélée avec un défaut de la protection de la cohésion et une perte de la localisation des acteurs majeurs de cette protection. L'objectif général de ma thèse est de déterminer le rôle de la protéine kinase CDK11p58 dans la protection de la cohésion. Nous avons pu confirmer que CDK11p58 est nécessaire à la protection de la cohésion centromérique. Des analyses de déplétion de CDK11 montrent une séparation précoce des chromatides sœurs. Cette séparation est corrélée à une perte de la localisation de Bub1, de la phosphorylation de H2A-T120 et de Sgo1 au centromère, mais la diméthylation de H3K4 reste intacte. Grâce à des expériences de FISH en utilisant des sondes qui ciblent la région centromérique du chromosome 11, nous avons démontré que CDK11 protège la cohésion des chromatides sœurs à partir de la mitose mais pas en interphase. En utilisant des lignées exprimant la forme sauvage ou mutée sur le domaine kinase de CDK11p58, nous avons démontré que l'activité kinase de cette protéine est nécessaire pour ce processus de protection. Les résultats de ma thèse documentent le rôle de l'activité kinase de CDK11p58 dans la protection de la cohésion des chromatides sœurs. Ces résultats montrent l'existence d'un substrat de CDK11p58 impliqué dans le recrutement au centromère des facteurs de cohésion qui assurent la protection des cohésines centromériques contre le "prophase pathway"
Sister chromatid cohesion during the early stages of mitosis is essential to ensure faithful chromosome segregation. Sister chromatid cohesion is established in S phase and is maintained at centromeres until the metaphase to anaphase transition. Protection of cohesion at centromeres is under the control of the Bub1 kinase which phosphorylates histone H2A on threonine 120. Phosphorylated H2AT120 recruits the cohesion protection factor shugoshin (Sgo1) at centromeres. We had previously reported that depletion of the HDAC3 deacetylase induces acetylation of histone H3 lysine 4 at the centromere and loss of dimethylation at the same position. Forced acetylation of H3K4 at centromeres correlates with impaired Sgo1 recruitment and loss of sister chromatid separation. Cdk11p58, a member of the p34cdc2 related protein kinase family, is a G2/M specific protein, involved in different cell cycle events such as centrosome maturation, spindle formation or centriole duplication. It has also been reported as being involved in sister chromatid cohesion. Here we report that, upon cdk11p58 depletion, sister chromatids do not prematurely separate until the early stages of mitosis. We confirm that Cdk11p58 depletion induces a loss of Bub1 and Sgo1 from the centromeres and we show that H3K4 dimethylation is not affected by Cdk11p58 depletion. We report that depletion of endogenous Cdk11p58 in a cell line expressing a kinase-dead version of Cdk11p58 do not rescue the premature sister chromatid separation phenotype. Thus, phosphorylation of an unknown susbtrate by Cdk11p58 is necessary to maintain Bub1 at centromeres and our efforts are now directed towards its identification

La nvomatose basocellulaire ou syndrome de gorlin est une maladie autosomale dominante (mendelian inheritance in man n 10940). Ce syndrome est domine par l'apparition de carcinomes basocellulaires, associes a des anomalies squelettiques et des malformations variees. D'autres tumeurs frequentes sont les medulloblastomes et les fibromes ovariens. Cette maladie genetique predisposant au cancer, etant suspectee depuis longtemps d'etre un syndrome d'instabilite chromosomique, mais les quelques travaux publies a ce sujet etaient incomplets et contradictoires. C'est pourquoi, nous avons etabli un protocole tres rigoureux, permettant de detecter une instabilite chromosomique dans les lymphocytes et les fibroblastes de patients atteints de nvomatose basocellulaire. Dans les lymphocytes, nous avons mis en evidence : une augmentation des cassures chromosomiques et chromatidiennes, une augmentation des micronoyaux, mais surtout un ralentissement du cycle cellulaire. Les resultats sur les fibroblastes montrent : de nombreuses cassures chromosomiques et surtout des anomalies non aleatoires, clonales, des figures quadriradiales, une augmentation des echanges de chromatides soeurs, une sensibilite a la caryolysine (agent alkylant bifonctionelle) et un ralentissement du cycle cellulaire. Ces phenomenes sont caracteristiques des principaux syndromes d'instabilite chromosomique. Ainsi nous avons demontre que l'instabilite chromosomique est une manifestation de ce syndrome. Le gene responsable de la naevomatose basocellulaire (ptc), un homologue du gene de drosophile patched (le gene de polarite des segments de drosophile) a ete recemment localise en 9q22. 3. Il reste a determiner par quel(s) mecanisme(s), des mutations dans le gene ptc provoquent un syndrome d'instabilite donne.