La mutation de TDP1 à l’origine du syndrome neurodégénératif SCAN1 empêche la réparation des cassures double-brin de l’ADN transcriptionnelles

Les mutations inactivatrices d’enzymes de réparation qui traitent les extrémités de l’ADN sont associées à diverses maladies humaines, incluant des syndromes neurodégénératifs et des cancers. La mutation H493R de l’enzyme TDP1, à l’origine du syndrome neurodégénératif SCAN1, en est un excellent exemple. Bien que TDP1 puisse traiter un large éventail d’extrémités de l’ADN, sa fonction neuroprotectrice semble être principalement liée au traitement des lésions de la topoisomérase I (TOP1ccs) bloquant la transcription. Toutefois, le mécanisme moléculaire qui sous-tend le phénotype SCAN1 reste mal compris, principalement en raison du manque de modèles cellulaires pour étudier cette pathologie.

Pour avancer dans ce domaine, les chercheurs ont utilisé la technologie CRISPR-Cas9 pour créer des modèles cellulaires SCAN1 humains qui présentent les principales caractéristiques des cellules de patients tout en étant isogéniques par rapport aux cellules parentales. Par des approches biochimiques, génétiques et génomiques, ils ont montré que les cellules SCAN1 accumulent des TOP1ccs et présentent des anomalies dans l’expression de gènes et dans la distribution génomique des structures R-loops. Ils ont également montré que les cellules SCAN1 accumulent des cassures double-brin de l’ADN (DSBs) transcriptionnelles, en particulier dans la population de cellules en G1, en raison d’une formation plus importante de DSBs et d’un défaut de réparation, tous deux résultant d’un traitement défectueux des TOP1ccs. Mécanistiquement, le défaut d’activité de TDP1 entraîne une augmentation de la production de DSBs, tandis que la présence de la protéine TDP1 mutée empêche la réparation des DSBs par une voie alternative dépendante de la protéine TDP2.

Cette étude offre des modèles cellulaires originaux pour étudier les fonctions de TDP1 dans des conditions normales et pathologiques, et révèle que la présence de la protéine TDP1 mutée, qui empêche la réparation des DSBs, pourrait être l’une des causes principales de la maladie SCAN1. Ainsi, cette étude établit le paradigme selon lequel un gain de fonction par une enzyme de réparation de l’ADN inactivée, plutôt que sa perte d’activité elle-même, pourrait entrainer un syndrome neurodégénératif, ouvrant la voie à de futures explorations dans d’autres maladies humaines.

Modèle pour l’accumulation de cassures double-brin de l’ADN (DSBs) transcriptionnelles dans les cellules SCAN1. Un complexe de clivage de TOP1 bloquant la transcription (TOP1cc) est protéolysé, ce qui conduit à une cassure simple-brin de l’ADN (SSB) liée au peptide TOP1. Gauche: TDP1, qui fait partie d’un complexe contenant PARP1/PNKP/LIG3/XRCC1, excise le peptide TOP1, permettant la réparation de la lésion TOP1-SSB. Droite: la mutation H493R de TDP1 diminue son activité, conduisant à la persistance de la lésion TOP1-SSB, ce qui favorise la formation d’une R-loop et la production d’une DSB. Le complexe TDP1 reste bloqué sur la lésion TOP1-SSB, ce qui empêche son accès et son élimination par une voie alternative dépendante de TDP2, conduisant à un défaut de réparation de la DSB.

Collaborations et partenariats

• L’INSERM,
• la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) (équipe labellisée FRM [DEQ20170839117]),
• l’Institut National Du Cancer (INCA_16730).
• AIRC (Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro, Milan, Italie)
• Le ministère italien de l’université et de la recherche dans le cadre du programme PRIN 2017
• La Ligue Nationale Contre le Cancer (LNCC, en tant qu’équipe labellisée).
• L’Agence Régionale de Santé Occitanie,
• La Fondation ARC,
• La Fondation de France
• Le programme universitaire franco-italien VINCI