Role of the stress response pathway in genome stability maintenance in Schizosaccharomyces pombe yeast

Le génome est sans cesse menacé dans sa structure par des stress génotoxiques d’origine endogène (stress oxydant, blocage de la réplication…) ou exogène (irradiations, produits chimiques, métaux lourds…). La voie de réponse aux dommages de l’ADN coordonne un réseau d’événements en cascades qui incluent les points de surveillance du cycle cellulaire, la réplication/réparation/recombinaison de l’ADN et la mort cellulaire programmée. Ces voies collaborent pour assurer la transmission fidèle du génome et empêcher la prolifération des cellules qui aurait accumulé des altérations génétiques. En général, des défauts dans une de ces voies entraînent un changement de sensibilité aux agents génotoxiques, une instabilité génétique et une prédisposition au cancer. La recombinaison homologue (RH) est une voie essentielle pour la réparation de l’ADN ; elle joue un rôle fondamental dans le maintien de la stabilité du génome. Le stress oxydant, résultant d’une augmentation de la concentration intracellulaire de ERO, est une des causes majeures de dommages aux lipides, aux protéines et à l’ADN et pour cela, il représente un défi pour la survie cellulaire et pour la stabilité du génome. Les ERO apparaissent physiologiquement lors de la respiration cellulaire ou résultent d’un stress environnemental, comme l’exposition aux radiations UV ou agents chimiques oxydants. Elles contribuent à certains processus comme la croissance cellulaire, l’activité et au repliement des protéines, la sénescence et la mort cellulaire programmée. Il est important de souligner qu’un état redox altéré est souvent associé à un fonctionnement anormal des cellules, comme il est observé pour les cellules cancéreuses et les cellules sénescentes. L’objectif de ce projet a été d’analyser l’interface entre les voies DDR et SAPK (Stress activated protein kinase) évolutivement conservées et d’en étudier les conséquences sur la stabilité du génome en utilisant comme organisme modèle la levure à fission. Nos résultats montrent que la voie SAPK joue un rôle sur la RH en promouvant la phosphorylation de Rad52, une protéine impliquée dans différentes sous-voies de la RH. Nous avons aussi montré que Rad52 est phosphorylée sur différents acides aminés, parmi lesquels certains sont les cibles de kinases inconnues qui n’ont aucun lien avec la voie SAPK. Nous avons observé que Rad52 est phosphorylée soit après un stress oxydant, soit dans des cellules génétiquement sujettes à des perturbations de la RH. Nous avons identifié deux sites de phosphorylation de la protéine Rad52, dont un seul est dépendant de la voie SAPK. En étudiant la phosphorylation de Rad52 dans les cellules invalidées pour la voie SAPK ou mutées pour un des sites de phosphorylation de Rad52, nous avons pu montrer que la RH est modulée par la voie SAPK même en absence de insulte externe. Notre travail ouvre le chemin vers une nouvelle compréhension des mécanismes fondamentaux du maintien de l’intégrité du génome.Genomes are routinely submitted to injuries from either endogenous stress (oxidative stress, DNA replication block…) or from exogenous sources (radiations, chemicals, heavy metals…). The DNA damage response (DDR) coordinates a network of pathways including cell cycle checkpoints, DNA replication/repair/recombination, and programmed cell death, ensuring faithful genome transmission and preventing from the proliferation of cells bearing genetic alterations. Defect in one of these pathways generally results in altered sensitivity to genotoxins, genetic instability and cancer predisposition. Homologous recombination (HR) is an essential DNA repair pathway playing pivotal role to maintain genome stability.Oxidative stress, resulting from increased intracellular concentration of ROS, is one of the major causes of lipid, protein and DNA damage, and therefore a challenge for cell survival and genome stability. ROS are generated physiologically as by-products of cellular respiration, or as result of environmental stresses, such as exposure to solar UV radiations or to oxidant chemicals, and they actively participate in processes such as cellular growth, protein activity and folding, senescence and programmed cell death. It is noteworthy that an altered redox homeostasis is often associated to abnormally functioning cells, such as cancer and senescent cells. The aim of this project was to study the interface between two major evolutionarily conserved pathways, DDR and SAPK (Stress activated protein kinase) and the consequences on genome stability using fission yeast as a model organism. We report data showing that SAPK pathway impinges on HR by promoting phosphorylation of Rad52, a key protein involved in all sub-pathways of HR. We also revealed that Rad52 is phosphorylated at multiple different sites some of which are substrate for unidentified kinases unrelated to the SAPK pathway. Rad52 phosphorylation occurs either after oxidative stress or in cells genetically prone to HR perturbation. We identified two sites of phosphorylation, one of which is dependent on functional SAPK pathway. By studying Rad52 phosphorylation in cells mutated in the SAPK pathway or mutated at the Rad52 site of phosphorylation, we showed that HR is modulated by SAPK even in the absence of external insults. Our work pave the way to a novel understanding of fundamental mechanisms required for genome integrity maintenance