Les mutations sont une arme à double tranchant. D’un côté, la plupart des nouvelles mutations peuvent être nuisibles. De l’autre, elles constituent les éléments fondamentaux de l’adaptation et de l’évolution, aidant les organismes à survivre et à prospérer au fil du temps. La principale source de mutations provient des erreurs de réplication de l’ADN, malgré les multiples mécanismes de contrôle, de prévention et de réparation des erreurs. C’est pourquoi il est crucial de comprendre comment et où ces erreurs apparaissent dans les génomes.
Pour relever ce défi, nous avons exploité le puissant système de correction des erreurs de réplication de l’ADN naturellement conservé dans l’évolution : le système de réparation des mésappariements. Nous avons modifié ce mécanisme pour qu’il puisse détecter les erreurs sans les corriger. En marquant la protéine de réparation des mésappariements MutL avec une protéine fluorescente, nous avons pu visualiser les erreurs de réplication de l’ADN au fur et à mesure de leur apparition dans des cellules vivantes. Grâce à l’analyse MutL-ChIP-seq, nous avons identifié des régions génomiques sujettes aux erreurs de réplication ainsi que leurs caractéristiques génomiques et protéines associées.
Figure : Visualisation des erreurs de réplication de l'ADN et identification des points chauds d'erreurs de réplication.
Panneau gauche : Les erreurs de réplication de l'ADN sont détectées et quantifiées à l'aide de protéines marquées par fluorescence : MutL (cyan), qui marque les erreurs de réplication, et DnaN (rouge), qui marque les fourches de réplication. Cela permet de cartographier précisément les erreurs de réplication et les fourches de réplication dans les cellules d'E. coli incapables de réparer les erreurs de réplication.
Panneau du milieu : Comme les erreurs de réplication ne sont pas corrigées, nous avons réalisé une analyse MutL-ChIP-Seq pour identifier les points chauds d'erreurs de réplication, mettant en évidence les régions sujettes à l'instabilité de la réplication.
Panneau droit : L'analyse détaillée des régions de liaison de MutL a révélé des caractéristiques génomiques enrichies ou appauvries dans ces points chauds, fournissant une carte complète à l'échelle du génome des points chauds d'erreurs de réplication et des informations sur les déterminants moléculaires de la fidélité de la réplication.
Nos résultats révèlent que les points chauds d’erreurs de réplication sont distribués de manière non aléatoire le long du chromosome et sont enrichis en séquences présentant des caractéristiques distinctes : une stabilité thermique plus faible facilitant la séparation des brins d’ADN, des répétitions mononucléotidiques propices aux glissements de l’ADN polymérase, et des séquences susceptibles de former des structures secondaires, telles que les structures cruciformes, augmentant la probabilité de blocages de l’ADN polymérase. Ces points chauds présentent également une forte concentration de sites de liaison pour les protéines associées au nucléotide et une activité transcriptionnelle élevée.
En conclusion, notre étude fournit une carte complète à l’échelle du génome des points chauds d’erreurs de réplication, offrant une perspective globale sur l’interaction complexe entre divers mécanismes qui peuvent compromettre la transmission fidèle de l’information génétique.
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Hasenauer, F.C., Barreto, H.C., Lotton, C., and Matic, I. Genome-wide mapping of spontaneous DNA replication error-hotspots using mismatch repair proteins in rapidly proliferating Escherichia coli. Nucleic Acids Res, 2024, gkae1196, https://doi.org/10.1093/nar/gkae1196
