Fonction et régulation de l'ADN polymérase zêta au cours de la réplication de l'ADN : conséquences sur la stabilité du génome.

Abstract

DNA replication is a fundamental process that ensures accurate duplication of the genetic information. Various perturbations can impede replication fork progression, and thus threatening genome integrity. To prevent fork collapse, replicative DNA polymerases can be replaced by error-prone DNA polymerases called translesion (TLS) polymerases, able to bypass DNA damage at the cost of increased mutations. Among TLS polymerases, Polζ is unique because inactivation of its catalytic subunit, REV3L, leads to embryonic lethality in mice underscoring its biological importance. However, little is known about its function and regulation in mammalian cells. We showed that loss of REV3L impairs S phase progression with a disruption of replication timing at specific genomic loci that replicate in mid-late S-phase, and this is associated with increased mutagenic events and aberrant epigenetic landscape. We also revealed that REV3L interacts with heterochromatin components and localizes in pericentromeric regions, suggesting that Polζ contributes to replicate heterochromatin regions to limit genome instability. In a second part, we discovered that REV3L protein is proteolytically processed by the endopeptidase TASP1 to generate two polypeptides that heterodimerize to form a stable complex that associates with REV7, likely representing the active complex of Polζ. We also found that REV3L is finely regulated in physiological conditions and after genotoxic stress at multiple levels: (1) transcriptionally, (2) proteolytically by TASP1 and (3) post-translationally by phosphorylation. Altogether these findings highlight a unique mechanism to control the function of an error-prone polymerase in mammalian cells. These data are particularly important given that Polζ is an important factor for tumor resistance to chemotherapeutic agents.La réplication de l’ADN est un processus cellulaire fondamental qui assure la duplication fidèle de l’information génétique. Différentes perturbations peuvent interférer avec la progression de la fourche de réplication menaçant ainsi l’intégrité du génome. Pour éviter le blocage du réplisome, les polymérases réplicatives peuvent être remplacées par des polymérases translésionnelles (TLS) mutagènes mais capables de franchir différents types de lésions. Parmi les polymérases TLS, Polζ est unique car son absence entraine une létalité embryonnaire chez la souris suggérant qu’elle a acquis une fonction essentielle au cours de l’évolution. Cependant, sa fonction et sa régulation dans les cellules mammifères restent méconnues. Dans ce travail, nous avons montré que la phase S est perturbée en absence de REV3L, avec une modification du programme temporel de la réplication au niveau de régions génomiques répliquées en milieu-fin de phase S. Ce défaut de réplication est associé à une augmentation de la mutagénèse et des modifications du paysage épigénétique. Nous avons de plus mis en évidence que REV3L interagit avec les composants de l’hétérochromatine et est localisé au niveau des régions péri-centromériques, ce qui suggère que Polζ participe à la réplication de l’hétérochromatine et limite ainsi l’instabilité génomique. Dans une seconde partie, nous avons découvert que la protéine REV3L est clivée de manière post-traductionnelle par l’endopeptidase TASP1 générant deux polypeptides capables de s’hétérodimériser pour former un complexe stable qui, en association avec Rev7, représente probablement le complexe actif de Polζ. Aussi, nous avons observé que REV3L est finement régulée de manière endogène ou après exposition à un stress génotoxique à de multiples niveaux : (1) au niveau transcriptionnel, (2) par le clivage par TASP1, (3) par des phosphorylations post-traductionnelles. Finalement, l’ensemble de ces découvertes met en lumière un mécanisme de régulation unique contrôlant la fonction d’une polymérase mutagène dans les cellules mammifères. Ces résultats sont particulièrement importants étant donné que Polζ est un facteur impliqué dans les mécanismes de résistance des tumeurs face aux chimiothérapies