Mécanismes de contrôle du complexe MRX aux télomères

The Mre11-Rad50-Xrs2/NBS1 (MRX/N) complex is key to genome stability and double-strand break (DSB) repair. It is essential to NHEJ (Non-Homologous End-Joining) and critical for 5’ resection initiation, the first step of the homologous recombination. MRX is also involved in telomere maintenance. MRX favors telomerase activity preferentially at the shortest telomeres through the Tel1/ATM kinase. MRX action at telomeres must be finely controlled to avoid telomere fusions or degradation. This control is ensured by a small set of proteins specifically enriched at chromosome ends. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, the protein Rap1 directly binds telomeric repeats and recruits others factors, ensuring telomere functions. Among these proteins, Rif2 is involved in the inhibition of several functions that depend on MRX (NHEJ and 5’ resection inhibition, telomerase-dependent telomere elongation). We established that a small N-terminal motif of Rif2, known to block telomere elongation, is also sufficient to inhibit NHEJ, 5’ resection and MRX association to DNA ends. We identified an interaction between Rad50 ATPase domain and the Rif2 N-terminal motif. In addition, we found that the action of this motif is restricted to short distances in cis. Using structural predictions coupled to a genetic screen, we identified Rad50 residues that are essential for Rad50 interaction with Rif2 and for Rif2 ability to inhibit MRX. The position of these residues on a conserved Rad50 surface allow us to propose a model for MRX inhibition by Rif2 at telomeres. In this model, Rif2 antagonizes the MRX conformation allowing a stable association with DNA ends. In parallel, we studied the role of Rap1 in telomere protection in the absence of its partners involved in NHEJ inhibition. We established that the strength of the NHEJ inhibition by Rap1 is linked to the density and to the number of sites bound by Rap1, and to the end proximity of the Rap1 protein.Le complexe Mre11-Rad50-Xrs2/NBS1 (MRX/N) joue un rôle fondamental dans le maintien de la stabilité du génome et dans la réparation des cassures double-brin (CDB). Il est essentiel au NHEJ (Non-Homologous End-Joining), et critique pour l’initiation de la résection 5’, première étape de la recombinaison homologue. MRX est aussi impliqué dans la maintenance des extrémités des chromosomes. MRX favorise l’action de la télomérase préférentiellement aux télomères les plus courts via l’activation régulée de la kinase Tel1/ATM. L’action de MRX aux télomères doit être finement contrôlée pour éviter une fusion ou une dégradation des télomères. Ce contrôle est assuré par un petit nombre de facteurs spécifiquement enrichis aux extrémités des chromosomes. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, une protéine, Rap1, lie directement les répétitions télomériques et recrute un éventail de protéines assurant les différentes fonctions des télomères. Parmi ces protéines, Rif2 est impliquée dans l’inhibition de plusieurs fonctions qui dépendent de MRX (inhibition du NHEJ, de la résection 5’ et de l’élongation des télomères par la télomérase). Nous avons établi qu’un petit domaine N-terminal de Rif2, connu pour bloquer l’élongation des télomères, était aussi capable d’inhiber le NHEJ, la résection et le chargement du complexe MRX sur l’ADN. Nous avons identifié une interaction entre les têtes ATPase de Rad50 et ce motif N-terminal de Rif2. De plus, nous avons montré que ce motif de Rif2 agit à courte distance en cis. Par des approches de prédictions structurales couplées à un crible génétique, nous avons identifié des résidus de Rad50 essentiels pour l’interaction avec Rif2 et sa capacité d’inhibition du complexe. La position de ces résidus sur une surface conservée de Rad50 nous a permis de proposer un modèle pour l’inhibition du complexe MRX aux télomères par Rif2, où Rif2 bloque la conformation de MRX permettant l’association stable du complexe sur l’ADN. En parallèle, nous avons étudié le rôle de Rap1 dans la protection des télomères en l’absence de ses partenaires impliqués dans le blocage du NHEJ. Nous avons établi que la force de cette inhibition du NHEJ par Rap1 était étroitement liée à la densité et au nombre de sites fixés par Rap1, et de la proximité de Rap1 de l’extrémité d’ADN