ADN topoisomérases, HsTop3α, Rmi1, ADN gyrase, Topologie de l'ADN, Pinces magnétiques, Étude en molécule unique

Les ADN topoisomérases sont des enzymes essentielles et sont présentes dans les trois domaines du vivant. Elles régulent les structures topologiques de l'ADN produites lors des processus de réplication, de transcription, de recombinaison de l'ADN et maintiennent ainsi la stabilité du génome. Pour réaliser leurs actions, elles utilisent une simple réaction de transestérification qui crée une rupture transitoire dans un ou deux brins d'ADN permettant la libération de la contrainte de torsion. Ensuite, elles referment la cassure aboutissant à une molécule covalement fermée. Selon leurs différents mécanismes et structures protéiques, les ADN topoisomérases sont divisées en type I (IA, IB, IC) et II (IIA, IIB). L'ADN topoisomérase IIIα humaine (HsTop3α) appartient aux ADN topisomérases de type IA. Elle joue un rôle essentiel lors de la recombinaison de l'ADN notamment pour favoriser la dissolution des jonctions de Holliday. HsTop3α est capable de relâcher l'ADN superenroulé négativement, mais elle est très efficace pour décaténer l'ADN. Pour effectuer certaines réactions, HsTop3α est aidé par ses partenaires, les hélicases SF2 comme la protéine BLM, et protéines à « OB fold », Rmi1/Rmi2. Pour élucider le mécanisme de HsTop3α et la modulation de son activité par ses partenaires, essentiellement Rmi1, nous avons mesuré chaque étape de relaxation par pince magnétique sur une variété de substrats d'ADN qui contiennent différentes tailles de mésappariment. Cette approche en molécule unique nous permet d'accéder aux étapes élémentaires de la réaction. Ainsi, nous avons constaté que HsTop3α ne peut pas dérouler l'ADN par elle-même et nécessite la présence d'une région d'ADN simple brin pour se lier à l'ADN. Étonnamment, lorsque Rmi1 interagit avec HsTop3α, Rmi1 aide HsTop3α à se lier à l'ADN, mais ralentit le processus de relaxation catalyser par HsTop3α, essentiellement en augmentant le temps de pause entre les étapes de relaxation. La conséquence de ces propriétés concernant le rôle de HsTop3α dans la recombinaison est discutée. L'ADN gyrase est une enzyme unique de type II capable d'introduire, en présence d'ATP, des surenroulement négatifs dans l'ADN. Cette enzyme est présente dans toutes les bactéries et dans certaines archées. Pour obtenir le surenroulement négatif de l'ADN, nous démontrons que la gyrase enroule positivement l'ADN même dans les molécules surenroulées négativement. De plus, la gyrase est très efficace pour relâcher les molécules surenroulées positivement. Pour y parvenir, elle enroule également positivement l'ADN. Étonnamment, nous avons montré que sur l'ADN positivement enroulé, la gyrase présente plusieurs états de fixation et d'enroulement. L'importance de ces nouvelles caractéristiques est discutée à la lumière de la structure obtenue par nos collaborateurs.