Roles of DNA repair proteins in the telomere homeostasis of Arabidopsis Thaliana
Rôle de protéines de la réparation des cassures double brin dans l'homéostasie télomérique chez Arabidopsis thaliana
Résumé
Telomeres are the specialised nucleoprotein structures evolved to avoid progressive replicative shortening and recombinational instability of the ends of linear chromosomes. Notwithstanding this role of telomeres in "hiding" chromosome ends from DNA repair and recombination, many repair and recombination proteins play essential roles in telomere function and chromosome stability. Among these are RAD50 from MRE11/RAD50/XRS2(NBS1) complex and XPF/ERCC1 structure-specific endonuclease; both known for their essential role in DNA repair pathways and the subject of considerable interest in studies of recombination. We identified two roles for the RAD50 protein in telomere maintenance and the protection of chromosome ends both in the presence and absence of telomerase. Absence of AtRAD50 significantly increases chromosomal fusions involving shortened telomeres. We proposed that this protective role of RAD50 protein on shortened telomeres results from its action in constraining recombination to sister chromatids and thus avoiding end-to-end interactions. We have research the mechanisms involved in chromosomal fusions in atrad50 mutants by crosses between ATRAD50 and different NHEJ or HR DNA repair mutants. In contrast to the situation in mammalian cells, we observe no chromosomal instability in the corresponding plants mutated for either XPF (AtRAD1) or ERCC1 (AtERCC1) orthologs. However in the absence of telomerase, mutation of either of these two genes induces a significantly earlier onset of chromosomal instability without general acceleration of telomeric repeat loss, but associated with the presence of cytologically visible extrachromosomal DNA fragments. Extensive FISH analyses show that these DNAs are broken chromosomes from two specific chromosome arms. Our data thus indicate a protective role of RAD1/ERCC1 against 3' Gstrand overhang invasion of interstitial telomeric repeats. The fact that the rad1 (or ercc1) mutants dramatically potentiate levels of chromosome instability in telomerase mutants has important implications for models of the roles of recombination at telomeres.
Les télomères sont des structures nucléoprotéiques spécialisées dont l'un des rôles est d'empêcher le raccourcissement progressif de l'extrémité des chromosomes suite à la réplication et à l'instabilité génomique due à la recombinaison de l'extrémité de chromosomes. Malgré le rôle des télomères dans la protection de l'extrémité des chromosomes contre les mécanismes de réparation de l'ADN et de recombinaison, de nombreuses protéines de ces voies jouent des rôles essentiels dans l'homéostasie télomérique et la stabilité des chromosomes. Parmi elles, la protéine RAD50 appartenant au complexe MRE11/RAD50/XRS25(NBS1) et l'endonucléase structure spécifique XPF/ERCC1 sont localisées aux télomères ; ces deux complexes connus pour leur rôle dans les voies de réparation de l'ADN ainsi que dans les études sur la recombinaison. Nous avons identifié deux rôles différents pour la protéine RAD50 dans la maintenance télomérique et dans la protection des extrémités des chromosomes, en contexte de présence et absence de la télomérase. L'absence d'AtRAD50 augmente significativement le nombre de fusions chromosomiques impliquant des télomères raccourcis. Nous proposons que ce rôle protecteur des télomères raccourcis de RAD50 est le résultat de sa fonction de contraindre la recombinaison entre chromatides soeurs et ainsi d'éviter les évènements de fusions par les extrémités. Nous avons recherché le ou des mécanismes impliqué(s) dans ces évènements de fusions chromosomiques chez les mutants atrad50 en réalisant des croisements entre les plantes déficientes pour ATRAD50 et des plantes déficientes pour des gènes codant des protéines des voies de réparation par recombinaison non-homologue et homologue. Au contraire de la situation en cellules de mammifères, nous n'avons pas observé d'instabilité chromosomique chez les plantes mutantes correspondantes pour XPF (AtRAD1) or ERCC1 (AtERCC1). Cependant, en absence de la télomérase, la mutation de l'un de ces deux gènes entraîne une augmentation précose et significative de l'instabilité chromosomique sans accélération générale de la perte des répétitions télomériques, mais associée à la présence de fragments ADN extrachromatiques visibles en cytologie. Une analyse intensive par FISH a permis d'identifier ces ADN comme des bras entiers spécifiques de deux chromosomes. Nos données indiquent un rôle protecteur de RAD1/ERCC1 comme l'invasion de l'ADN simple brin télométrique dans des séquences télomériques interstitielles. Le fait que les mutations de rad1 (ou ercc1) augmentent dramatiquement l'instabilité chromosomique des mutants télomérase a des implications très importantes pour les modèles des rôles de la recombinaison aux télomères.