Présentation de l’équipe

Les thématiques de notre équipe à l’interface chimie/biologie portent principalement sur les structures non usuelles des acides nucléiques (G-quadruplexes (G4),...) et leur implication dans la biologie des télomères, les structures nucléoprotéiques protégeant les extrémités des chromosomes dans de nombreuses espèces eucaryotes.

L’activité de l’équipe comporte deux axes de recherche principaux. Le premier axe concerne l’étude des structures de l’ADN télomérique et leurs interactions avec des protéines clés intervenant dans la structure et le métabolisme des télomères (POT1, RPA,..). Le deuxième axe étudie la régulation cellulaire de ces structures aux télomères en faisant intervenir des outils moléculaires spécifiques afin d’évaluer les conséquences biologiques de ces outils sur l’intégrité des télomères (réparation, réplication, épigénétique, ...) par rapport au reste du génome.

Ces approches s’appuient sur les compétences de chimie, de biophysique, de biochimie et de biologie des membres de l’équipe. L'équipe participe également à une activité transversale de chimie de synthèse au sein de l’unité StrInG.

Les activités de l’équipe visent à la compréhension des mécanismes de régulation de ces structures non usuelles de l’ADN et des télomères au cours de l’évolution, de l’oncogenèse et du vieillissement, et présentent aussi un aspect de valorisation pour des applications potentielles à visée thérapeutique.

• Structures de l'ADN télomérique et interaction avec des protéines de liaison à l'ADN simple-brin par des approches in vitro
• Régulation des fonctions télomériques par des approches cellulaires
• Généraliser et améliorer l’usage de systèmes rapporteurs bioluminescents

Responsables de l’équipe:

• Carole Saintomé, MC Sorbonne Université
• Patrizia Alberti, MC Muséum 

​Membres de l’équipe :

• Jian-Sheng Sun, PR Muséum
• Anne-Laure Guieysse-Peugeot, PR Muséum
• Carole Saintomé, MC Sorbonne Université
• Patrizia Alberti, MC Muséum
• Laureline Roger, MC Muséum
• Yves Janin, DR CNRS
• Gildas Mouta Cardoso, IE Muséum
• Virginie Hossard, AI Inserm
• Florian Gourmelon, CDD IE Muséum
• Congcong LI, Doctorante Muséum
• Marianne Bechara, M2 et Doctorante MNHN
• Patrick Mailliet, Chercheur Bénévole Muséum
• Jean-François Riou, PR Chercheur Bénévole Muséum

​Anciens membres :

• Aïcha Boumelha, CNAM école Ingénieure
• Chantal Trentesaux, PR Univ Reims
• Anthony Bugaut, CR CNRS
• Emmanuelle Delagoutte, CR CNRS
• Coralie Modeste, IE-CDD
• Delphine Trochet, Post Doc
• Xénia Mergui, Post Doc
• Jean Chatain, M2, PhD student
• Pauline Lejault, PhD student
• Gabriel Le Berre, M2, PhD student
• Angélique Pipier, Master and PhD student
• Frédéric Thiébaut, PhD student
• Layal Safa, M2,PhD Student
• Assitan Sidibe, PhD student
• Najah Mizouri, PhD student

​​Structures de l'ADN télomérique et interaction avec des protéines de liaison à l'ADN simple-brin par des approches in vitro

Nos travaux principaux portent sur la caractérisation des structures secondaires formées par l'ADN télomérique et sur l'interaction de ces structures avec des protéines liant l’ADN simple-brin  (SSB) et impliquées dans le métabolisme des télomères. Nous étudions plus particulièrement la RPA (replication Protein A), une protéine ubiquitaire du génome, et la protéine POT1 (Protection of Telomere 1) du complexe shelterin. Dans le cadre d’un projet ANR collaboratif (Telo-RPA), nous nous intéressons également à des variantes de RPA retrouvées chez des patients atteints de fibrose pulmonaire idiopathique. Nos projets s’orientent également sur l’étude de l’évolution des SSB impliquées dans le métabolisme des télomères et sur l'étude de la coévolution des motifs télomériques et des protéines de type POT1.

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​Régulation des fonctions télomériques par des approches cellulaires

Les structures non usuelles d’acides nucléiques pouvant se former aux télomères (G4, t-loop, R-loop, i-motifs,…) sont des structures dynamiques qui sont modulées par de nombreux facteurs in cellulo (réplication, transcription, réparation, épigénétique…).

L’équipe s’intéresse depuis de nombreuses années à l’identification et à la caractérisation biologique de petites molécules (ligands G4) et de protéines interagissant avec les G4s.

L’existence de motifs capables de former des G4 (PG4) en dehors des télomères, le polymorphisme structural intrinsèque des G4s ainsi que l’absence de sélectivité des ligands G4 à discriminer les différents types de structures G4 nous ont conduit à développer des outils chimiques ciblant plus spécifiquement la jonction double-brin/G4 et les répétitions en tandem de G4 télomérique (une des caractéristiques des télomères par rapport au reste du génome) pour étudier leurs effets cellulaires (Hwang et al. 2019 ; Lejault 2017). 

ANR G4TopIpro (en collaboration avec D. Gomez et E. Defrancq). Vis-à-vis des protéines interagissant avec les G4, une stratégie originale utilisant des outils biomoléculaires permettant de « figer » la topologie des G4 dans une conformation déterminée a permis de réaliser une analyse protéomique et d’identifier de nouveaux facteurs interagissant avec les G4, comme par exemple le complexe NELF impliqué dans le contrôle du mécanisme de pause de l’ARN-Pol II (Pipier et al. 2021). La localisation des PG4 avec les régions transcriptionnellement actives du génome nous ont amené à réétudier l’activité transcription-dépendante de plusieurs ligands G4 de référence, la pyridostatine et le CX-5461. Ces ligands se comportent comme des « poisons de TOP2 structure-dépendants » au niveau des régions transcriptionnellement actives (Bossaert, Pipier et al. 2021).

La biologie des télomères et leur rôle dans la longévité sur le modèle de microcèbe (Trochet et al. 2015), les mécanismes de régulation épigénétique de l’expression de TERRA (Le Berre et al. 2019) au niveau des régions subtélomériques, la modulation des mécanismes de réparation aux télomères (Subecz et al. 2021) et enfin l’intérêt du i-motif comme cible thérapeutique sont aussi étudiés au sein de l’équipe.

Généraliser et améliorer l’usage de systèmes rapporteurs bioluminescents

Un de nos projets de recherche porte sur l’étude des systèmes rapporteurs bioluminescents constitués d’une paire luciférine/luciférase. Comme décrit ci-dessous, la cœlentérazine est le substrat d’une grande variété de luciférases d’origine marine et sa décarboxylation oxydative conduit à la production de cœlentéramide et d’un photon bleu, la couleur la plus visible sous les mers. Nos travaux précédents ont conduits à la mise au point d’un procédé de synthèse de luciférines O-acétylées améliorées telles que les hikarazines-103 et 108. Leur disponibilité a été un des facteurs clés dans la mise au point de tests LuLISA (Luciferase-Linked ImmunoSorbent Assays) qui ont par exemple été très utiles pour établir la cartographie de l’épidémie de COVID-19 en France. Afin d’approfondir nos connaissances sur la production de photons par ces systèmes, nous avons également élaboré et préparé l’azacoelentérazine, une sonde non oxydable utile pour des études structurales des luciférases utilisant la cœlentérazine. Cette sonde a conduit à des collaborations internationales très fructueuses avec des laboratoires basés au Japon, en République tchèque ainsi qu’au Danemark.

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Illustrations des différentes thématiques de l'équipe

​Principales collaborations :

• Fabienne Aujard & Jeremy Terrien, MECADEV, MNHN CNRS, Brunoy
• Stéphane Coulon, Centre de Recherche en Cancérologie de Marseille Dennis Gomez & Sebastien Britton, Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale, CNRS, Toulouse
• Eric Defrancq & Olivier Lavergne, DCIM, Université de Grenoble-Alpes, CNRS, Grenoble
• Anton Granzhan & Marie-Paule Teulade-Fichou, Institut Curie, Orsay
• Caroline Kannengiesser, CHU Bichat, Paris
• Arturo Londono-Vallejo, Institut Curie, Paris
• Jean-Louis Mergny, Ecole Polytechnique, Palaiseau
• Marc Nadal & Terence Strick, Ecole Normale Supérieure, Paris
• Marie-Noelle Prioleau, Institut Jacques Monod, CNRS, Paris
• Patrick Revy, Institut Imagine, Paris
• Raphael Rodriguez, Institut Curie, Paris

Publications sélectionnées :

Bossaert M*, Pipier A*, Riou J-F, Noirot C, Nguyen L-T, Serre R-F, Bouchez O, Defrancq E, Calsou P, Britton S, Gomez D. Transcription-associated topoisomerase 2a (TOP2A) activity is a major effector of cytotoxicity induced by G-quadruplex ligands. eLife. 2021; 10: e65184.

Bugaut A, Alberti P. Understanding the stability of DNA G-quadruplex units in long human telomeric strands. Biochimie. 2015; 113:125-33.

Chatain J, Blond A, Phan AT, Saintomé C, Alberti P. GGGCTA repeats can fold into hairpins poorly unfolded by Replication Protein A: a possible origin of the length-dependent instability of GGGCTA variant repeats in human telomeres. Nucleic Acids Res. 2021; in press.

Hwang IP, Mailliet P, Hossard V, Riou JF, Bugaut A, Roger L. Investigating the Effect of Mono- and Dimeric 360A G-Quadruplex Ligands on Telomere Stability by Single Telomere Length Analysis (STELA). Molecules. 2019; 24(3):577.

Lancrey A, Safa L, Chatain J, Delagoutte E, Riou JF, Alberti P, Saintomé C. The binding efficiency of RPA to telomeric G-strands folded into contiguous G-quadruplexes is independent of the number of G4 units. Biochimie. 2018; 146:68-72.

Le Berre G, Hossard V, Riou JF, Guieysse-Peugeot AL. Repression of TERRA Expression by Subtelomeric DNA Methylation Is Dependent on NRF1 Binding. Int J Mol Sci. 2019;20(11):2791.

Lejault P. Ligands de la jonction double-brin/simple-brin de l’ADN télomérique comme sondes moléculaires pour étudier la biologie des télomères. PhD Thesis, ED 227 MNHN, 20 Nov 2017.

Pipier A, Devaux A, lavergne T, Adrait A, Couté Y, Britton S, Calsou P, Riou J-F, Defrancq E, Gomez D. Constrained G4 structures unveil topology specificity of known and new G4 binding proteins. Scientific Report. 2021; 11:13469

Subecz C, Sun JS, Roger L. Effect of DNA repair inhibitor AsiDNA on the incidence of telomere fusion in crisis. Hum Mol Genet. 2021; 30(3-4):172-181.

Trochet D, Mergui X, Ivkovic I, Porreca RM, Gerbault-Seureau M, Sidibe A, Richard F, Londono-Vallejo A, Perret M, Aujard F, Riou JF. Telomere regulation during ageing and tumorigenesis of the grey mouse lemur. Biochimie. 2015; 113:100-10.