Le système MMR

 Le système MMR

Le système de réparation des mésappariements, ou MisMatch Repair (MMR), a un rôle capital pour le maintien de l’intégrité génomique à travers deux fonctions. Il permet d’une part la réparation des mésappariements provoqués par les erreurs de la polymérase lors de la réplication de l’ADN et d’autre part la signalisation apoptotique de certains dommages à l’ADN. Le système MMR est par ailleurs impliqué dans les processus de recombinaison pendant la mitose/méiose, de suppression de la recombinaison homéologue (c’est-à-dire entre séquences homologues mais non identiques), de diversité des immunoglobulines et d’expansion des répétitions trinucléotidiques associées à certaines maladies dégénératives (Jiricny, 2006 ; Li, 2008 ; Reyes et al., 2015). Dans ce chapitre, nous nous intéresserons essentiellement aux deux premières fonctions du système MMR : son implication dans la réparation des mésappariements, rôle le plus connu ; et son rôle dans la signalisation apoptotique de certains dommages à l’ADN, qui est la propriété que nous exploitons pour le test de caractérisation fonctionnelle des variants des gènes MMR que nous avons développé. Le système MMR est hautement conservé des procaryotes aux eucaryotes, mais nous détaillerons exclusivement dans ce travail les complexes présents chez la levure et les mammifères .

Rôle dans la réparation des mésappariements

Au cours de la réplication, les ADN polymérases réplicatives δ et ε font des erreurs tous les 10⁴ à 10⁵ nucléotides incorporés (Fortune et al., 2005 ; Shcherbakova et al., 2003). Heureusement, elles contiennent une activité de relecture (« proof-reading ») qui leur permet d’éliminer significativement les nucléotides incorrectement introduits, réduisant la fréquence des mésappariements à 10⁻⁶ -10⁻⁷ (Reha-Krantz, 2010). Cependant, quelques erreurs subsistent encore, notamment des boucles d’insertion/délétion (IDL, Insertion/Deletion Loop) dans les longues séquences répétées, qui ne sont pas corrigées de façon efficace par l’activité de relecture (Kroutil et al., 1996). La correction de l’ensemble des erreurs restantes est à la charge du système MMR, qui permet de diminuer encore le taux d’erreurs d’un facteur 1000, menant à une fréquence d’erreur finale de 10⁻⁹ à 10⁻¹⁰  . Ainsi, le système MMR rend possible la fidélité de la réplication au niveau d’un génome presque entier (qui contient environ 6,6∙10⁹ paires de bases sous sa forme diploïde), permettant d’atteindre un taux de mutations acceptable pour la propagation de l’espèce mais qui autorise tout de même quelques variations génétiques (Ganai et Johansson 2016).

Les complexes MutS et MutL

Chez les eucaryotes, le système MMR comprend deux principaux complexes : MutS et MutL. Le rôle du complexe MutS est de reconnaître et de lier le mésappariement, alors que le complexe MutL sert d’interface entre la reconnaissance de l’erreur de réplication et la cascade d’événements en aval qui vont permettre la réparation de cette erreur.

Le complexe MutS est constitué de la protéine MSH2, qui agit en dimère avec MSH1, MSH3 ou MSH6. La protéine MSH1 n’existe que chez la levure et a un rôle dans la réparation des mésappariements dans l’ADN mitochondrial. Le complexe constitué de MSH4 et MSH5 est impliqué dans la recombinaison méiotique : ces protéines sont dépourvues du domaine nécessaire à la réparation des mésappariements et sont exprimées de façon spécifique dans les tissus reproductifs. Le rôle de ces 3 protéines ne sera pas détaillé ici. Les dimères intéressants pour la fonction de réparation des mésappariements du système MMR sont donc MSH2 MSH6 (MutSα) et MSH2-MSH3 (MutSβ). Les protéines MSH6 et MSH3 ont une spécificité de substrat, qui se chevauche partiellement. En effet, le complexe MutSα reconnaît principalement les mésappariements ainsi que les IDL d’une à 2 paires de bases. De son côté, le complexe MutSβ, bien que capable de reconnaître quelques mésappariements, prend en charge principalement les petites et grandes IDL. Les complexes MutSα et MutSβ présentent donc une redondance partielle de fonction. Chez l’homme, le complexe MutSα est environ 10 fois plus abondant que le complexe MutSβ (Reyes et al., 2015). Une surexpression de la protéine MSH3 conduit à un phénotype mutateur fort. En effet, l’excès de MSH3 entraîne une surdimérisation de MSH2 avec MSH3, au détriment de la dimérisation de MSH2 avec MSH6, réduisant ainsi la quantité de MutSα dans la cellule et donc l’activité de ce dimère (Drummond et al., 1997). Le complexe MutL est constitué de la protéine MLH1, en dimère avec les protéines PMS2 (MutLα), PMS1 (MutLβ) ou MLH3 (MutLγ). MutLα est le complexe impliqué dans la réparation des mésappariements et monopolise 90% de la protéine MLH1 (Modrich, 2006). MutLγ a un rôle dans la recombinaison méiotique (en combinaison avec MSH4 et MSH5) et MutLβ ne présente aucun rôle biologique spécifique identifié.

La réparation du mésappariement

La réparation du mésappariement comprend une cascade d’événements, depuis la reconnaissance du mésappariement par MutS, l’activation de la signalisation en aval par MutL, l’excision du brin néosynthétisé contenant le mésappariement, la resynthèse puis la ligation. Le complexe MutS, sous sa forme lié à l’ADP (Adénosine DiPhosphate), reconnaît le mésappariement. La liaison au mésappariement induit un changement de conformation qui permet un échange de l’ADP vers l’ATP (Adénosine TriPhosphate). Un deuxième changement de conformation, provoqué par cette liaison à l’ATP, conduit à la formation d’une « pince coulissante » (« sliding clamp ») capable de glisser le long de l’ADN (Lee et al., 2014) à la recherche d’un signal de reconnaissance du brin néosynthétisé. En effet, la distance entre le mésappariement et la fin du fragment qui permet de discriminer le nouveau brin peut aller jusqu’à 1000 paires de bases (Fang et Modrich, 1993). De plus, cette conformation de MutS activée par l’ATP permet son interaction avec MutLα  . Ce dernier est ensuite activé par PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen), composant de la machinerie de réplication chargé sur l’ADN grâce à RCF (Replication Factor C). Cette activation de MutLα lui permet d’inciser le brin néosynthétisé d’une manière ATP-dépendante grâce à son activité endonucléase (Kadyrov et al., 2006).

Les erreurs de réplication sont présentes sur le brin néosynthétisé, et la réparation des mésappariements par le système MMR doit donc être dirigée exclusivement sur ce brin, plutôt que sur le brin parental, pour éliminer systématiquement la base erronée nouvellement incorporée et non pas la base originelle. Le système MMR doit donc pouvoir discriminer les deux brins. Cette discrimination est assurée par la capacité de MutS à former un « sliding clamp ». Par ce mécanisme, le complexe MutS facilite la communication entre deux sites distincts sur l’ADN : celui du mésappariement et celui qui permet la discrimination du brin néosynthétisé (Li, 2008). La reconnaissance du brin à réparer est assurée par la présence de coupures régulières sur le brin néosynthétisé. Concernant le brin de réplication tardive, ces discontinuités régulières sont dues aux intervalles entre les différents fragments d’Okasaki (Pavlov et al., 2003). D’autres coupures sont dues à l’élimination des ribonucléotides incorporés à la place des dNTP pendant la réplication de l’ADN (Ghodgaonkar et al., 2013). Par ailleurs, PCNA peut également présenter un rôle dans la discrimination du brin. En effet, PCNA est chargé sur l’ADN avec une orientation spécifique : cette polarité permettrait l’incision de l’ADN par MutLα sur le bon brin (Pluciennik et al., 2010).

Table des matières

INTRODUCTION
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre 1 : Le système MMR
A. Rôle dans la réparation des mésappariements
1. Les complexes MutS et MutL
2. La réparation du mésappariement
3. L’efficacité de réparation
B. Rôle dans la signalisation apoptotique
1. La prise en charge des lésions de l’ADN liées à la méthylation par la MGMT
2. La prise en charge des lésions de l’ADN liées à la méthylation par le système MMR
Chapitre 2 : Les cancers de type MSI
A. L’oncogenèse colorectale MSI
1. Introduction sur les cancers colorectaux
2. L’inactivation du système MMR comme origine du phénotype MSI
3. Les mutations induites par l’inactivation du système MMR
B. Le traitement des CCR
1. Le traitement des CCR indépendamment de leur statut microsatellitaire
2. L’émergence des immunothérapies pour le traitement des CCR MSI
3. Le phénotype tumoral MSI : valeur pronostique et prédictive
C. Détermination du statut microsatellitaire d’une tumeur
1. Approche immunohistochimique
2. Approche moléculaire
D. Cancers MSI iatrogènes
1. Cancers induits par les thiopurines
2. Cancers induits par les agents méthylants
Chapitre 3 : Syndromes génétiques prédisposant au développement de tumeurs MSI
A. Le Syndrome de Lynch
1. Description clinique
2. Description moléculaire
3. Diagnostic du syndrome de Lynch
B. Le syndrome CMMRD
1. Description clinique
2. Description moléculaire
3. Diagnostic du CMMRD
Chapitre 4 : La problématique des Variants de Signification Incertaine
A. Définition générale
B. Arguments pour l’interprétation des variants des gènes MMR
1. Données cliniques et études de co-ségrégation
2. Données épidémiologiques
3. Les algorithmes de prédiction in silico
4. Tests fonctionnels
5. Intégration des données somatiques
C. La classification des variants en 5 niveaux
TRAVAUX DE RECHERCHE
ANNEXES
CONCLUSION

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