Impact of the ATM nucleoshuttling after ionising radiation exposure : concept of pro-and anti-episkevia

Plus d'un siècle après la découverte des rayons X, les effets biologiques des radiations ionisantes restent encore méconnus. En particulier, une meilleure connaissance des phénomènes liés à la radiosensibilité individuelle permettrait une meilleure prédiction du risque radioinduit tant en ce qui concerne les réactions tissulaires que la formation de cancers.Dans le cadre des recherches menées par le Groupe de Radiobiologie de l'UMR 1052 Inserm (Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon), l'accumulation de données radiobiologiques issues de patients radiosensibles a permis d'initier une théorie basée sur le transit cytonucléaire de la protéine ATM. Acteur majeur de la réponse aux radiations ionisantes ATM est muté dans l'Ataxie Telangiectasie, syndrome génétique rare associé à la plus forte radiosensibilité. Plus précisément, les chercheurs du Groupe ont proposé le modèle suivant : l'irradiation produit une monomérisation des formes cytoplasmiques de la protéine ATM. Les monomères d'ATM diffusent dans le noyau pour assurer la reconnaissance et la réparation des cassures double-brin de l'ADN (CDB), dommages-clés de la réponse aux radiations. Tout retard dans ce transit conduirait à une certaine radiosensibilité.Le but de cette thèse est d'identifier d'une part, les protéines (appelées X) qui freinerait ce transit en s'associant à ATM dans le cytoplasme ; d'autre part, les agents chimiques (métaux, pesticides) qui influeraient sur ce processus.Les protéines X identifiées dans le cadre de cette thèse sont notamment la huntingtine, la neurofibromine, la tubérine qui, lorsqu'elles sont mutées, causent respectivement la maladie de Huntington, la Neurofibromatose de type 1 et la Tubéreuse de Bourneville. Les métaux étudiés sont les chlorures d'aluminium, de cuivre, de zinc, de fer, de nickel, de palladium, de cadmium ainsi que le nitrate de plomb, le selenium et le chrome. Les pesticides sont l'atrazine, le glyphosate, la permetrine, le thiabendazole et le pentachlorophénol.Cette thèse introduit la notion de pro-, dys- ou anti-épiskévie, c'est-à-dire la capacité de certains agents, protéines ou drogues à accélérer, ralentir ou interdire le transit cytonucléaire de la protéine ATMMore than a century after the discovery of X rays, the effects of ionising radiation are still misunderstood. In particular, a better knowledge of individual radiosensitivity could lead to a better prediction of radio induced risk of cancer and acute reactions after radiotherapy. As part of the research conducted by the Radiobiology Group of UMR Inserm 1052 (Cancer Research Center of Lyon), the accumulation of radiobiological data from radiosensitive patients allowed to initiate a theory based on the ATM protein transit from cytoplasm to nucleus. ATM a the major actor in the response to ionising radiation and is mutated in Ataxia Telangiectasia, a rare genetic syndrome associated with the highest radiosensitivity. Specifically, the researchers of the Group proposed the following model: irradiation produces monomerization of cytoplasmic forms of ATM protein. ATM monomers diffuse into the nucleus to ensure the recognition and repair of DNA double-strand breaks (DSBs), the key damage response to radiation. Any delay in this transit would lead to radiosensitivity.The aim of this thesis is to identify in one hand, the proteins (called X proteins), which would slow the transit by interracting with ATM in the cytoplasm; on the other hand, chemical agents (metals, pesticides) that would affect this process.X proteins identified in this thesis include huntingtin, neurofibromin, tuberin which, when mutated, cause, respectively, Huntington's disease, Neurofibromatosis type 1 and Tuberous Sclerosis. Studied metals are aluminum, copper, zinc, iron, nickel, palladium and cadmium chlorides, lead nitrate, selenium and chromium. Pesticides are atrazine, glyphosate, permethrin, thiabendazole and pentachlorophenol.This thesis introduces the concept of pro-, dys or anti- episkévia, that is to say the ability of some agents, proteins or drugs to speed up, slow down or inhibit the the ATM nucleoshuttlin

Impact du transit cytonucléaire de la protéine ATM en réponse aux radiations ionisantes : notions de pro- et anti-episkévie

More than a century after the discovery of X rays, the effects of ionising radiation are still misunderstood. In particular, a better knowledge of individual radiosensitivity could lead to a better prediction of radio induced risk of cancer and acute reactions after radiotherapy. As part of the research conducted by the Radiobiology Group of UMR Inserm 1052 (Cancer Research Center of Lyon), the accumulation of radiobiological data from radiosensitive patients allowed to initiate a theory based on the ATM protein transit from cytoplasm to nucleus. ATM a the major actor in the response to ionising radiation and is mutated in Ataxia Telangiectasia, a rare genetic syndrome associated with the highest radiosensitivity. Specifically, the researchers of the Group proposed the following model: irradiation produces monomerization of cytoplasmic forms of ATM protein. ATM monomers diffuse into the nucleus to ensure the recognition and repair of DNA double-strand breaks (DSBs), the key damage response to radiation. Any delay in this transit would lead to radiosensitivity.The aim of this thesis is to identify in one hand, the proteins (called X proteins), which would slow the transit by interracting with ATM in the cytoplasm; on the other hand, chemical agents (metals, pesticides) that would affect this process.X proteins identified in this thesis include huntingtin, neurofibromin, tuberin which, when mutated, cause, respectively, Huntington's disease, Neurofibromatosis type 1 and Tuberous Sclerosis. Studied metals are aluminum, copper, zinc, iron, nickel, palladium and cadmium chlorides, lead nitrate, selenium and chromium. Pesticides are atrazine, glyphosate, permethrin, thiabendazole and pentachlorophenol.This thesis introduces the concept of pro-, dys or anti- episkévia, that is to say the ability of some agents, proteins or drugs to speed up, slow down or inhibit the the ATM nucleoshuttlingPlus d'un siècle après la découverte des rayons X, les effets biologiques des radiations ionisantes restent encore méconnus. En particulier, une meilleure connaissance des phénomènes liés à la radiosensibilité individuelle permettrait une meilleure prédiction du risque radioinduit tant en ce qui concerne les réactions tissulaires que la formation de cancers.Dans le cadre des recherches menées par le Groupe de Radiobiologie de l'UMR 1052 Inserm (Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon), l'accumulation de données radiobiologiques issues de patients radiosensibles a permis d'initier une théorie basée sur le transit cytonucléaire de la protéine ATM. Acteur majeur de la réponse aux radiations ionisantes ATM est muté dans l'Ataxie Telangiectasie, syndrome génétique rare associé à la plus forte radiosensibilité. Plus précisément, les chercheurs du Groupe ont proposé le modèle suivant : l'irradiation produit une monomérisation des formes cytoplasmiques de la protéine ATM. Les monomères d'ATM diffusent dans le noyau pour assurer la reconnaissance et la réparation des cassures double-brin de l'ADN (CDB), dommages-clés de la réponse aux radiations. Tout retard dans ce transit conduirait à une certaine radiosensibilité.Le but de cette thèse est d'identifier d'une part, les protéines (appelées X) qui freinerait ce transit en s'associant à ATM dans le cytoplasme ; d'autre part, les agents chimiques (métaux, pesticides) qui influeraient sur ce processus.Les protéines X identifiées dans le cadre de cette thèse sont notamment la huntingtine, la neurofibromine, la tubérine qui, lorsqu'elles sont mutées, causent respectivement la maladie de Huntington, la Neurofibromatose de type 1 et la Tubéreuse de Bourneville. Les métaux étudiés sont les chlorures d'aluminium, de cuivre, de zinc, de fer, de nickel, de palladium, de cadmium ainsi que le nitrate de plomb, le selenium et le chrome. Les pesticides sont l'atrazine, le glyphosate, la permetrine, le thiabendazole et le pentachlorophénol.Cette thèse introduit la notion de pro-, dys- ou anti-épiskévie, c'est-à-dire la capacité de certains agents, protéines ou drogues à accélérer, ralentir ou interdire le transit cytonucléaire de la protéine AT

Influence of Linear Energy Transfer on the Nucleo-shuttling of the ATM Protein: A Novel Biological Interpretation Relevant for Particles and Radiation

International audiencePurposeLinear energy transfer (LET) plays an important role in radiation response. Recently, the radiation-induced nucleo-shuttling of ATM from cytoplasm to the nucleus was shown to be a major event of the radiation response that permits a normal DNA double-strand break (DSB) recognition and repair. Here, we aimed to verify the relevance of the ATM nucleo-shuttling model for high-LET particles and various radiation types.Methods and MaterialsATM- and H2AX-immunofluorescence was used to assess the number of recognized and unrepaired DSB in quiescent fibroblast cell lines exposed to x-rays, γ-rays, 9- and 12-MeV electrons, 3- and 65-MeV protons and 75-MeV/u carbon ions.ResultsThe rate of radiation-induced ATM nucleo-shuttling was found to be specific to each radiation type tested. By increasing the permeability of the nuclear membrane with statin and bisphosphonates, 2 fibroblast cell lines exposed to high-LET particles were shown to be protected by an accelerated ATM nucleo-shuttling.ConclusionsOur findings are in agreement with the conclusion that LET and the radiation/particle type influence the formation of ATM monomers in cytoplasm that are required for DSB recognition. A striking analogy was established between the DSB repair kinetics of radioresistant cells exposed to high-LET particles and that of several radiosensitive cells exposed to low-LET radiation. Our data show that the nucleo-shuttling of ATM provides crucial elements to predict radiation response in human quiescent cells, whatever the LET value and their radiosensitivity