Studying the DNA damage response in embryonic systems.
Lo Furno E, Recolin B, van der Laan S, Aze A, Maiorano D
Surveillance et Stabilité du Génome
Bases moléculaires de pathologies humaines
L'équipe s'intéresse en général à la régulation de la réponse aux dommages à l'ADN (DNA Damage response ou DDR), et en particulier à sa régulation au cours du développement embryonnaire. La fonction de la DDR est de ralentir ou bloquer le cycle cellulaire si l'ADN présente des lésions (cassure des brins, intégrité des télomères, arrêt de la synthèse d'ADN) afin d’empêcher la prolifération cellulaire en présence d'ADN endommagé et de ce fait, éviter la propagation de mutations qui sont à la base de l'instabilité génomique. Une forte instabilité génomique est caractéristique de la plupart des cancers (fusions télomèriques, translocations, duplications et délétions). Aujourd'hui on pense que la majorité des tumeurs sporadiques sont dues à des mutations dans des gènes participant à la DDR, ce qui aboutit également à la prédisposition à des maladies génétiques. De ce fait, la DDR joue un rôle clé dans le maintient de la stabilité du génome et fonctionne comme un barrière à la transformation maligne.
PUBLICATIONS DE L'ÉQUIPE
Translesion DNA synthesis-driven mutagenesis in very early embryogenesis of fast cleaving embryos
Lo Furno E., Busseau, I., Aze, A., Lorenzi, C., Saghira, C., Danzi, M., Zuchner, S., Maiorano, D.
Translesion Synthesis or Repair by Specialized DNA Polymerases Limits Excessive Genomic Instability upon Replication Stress.
Maiorano D, El Etri J, Franchet C, Hoffmann JS
Dihydropyrimidinase protects from DNA replication stress caused by cytotoxic metabolites
Jihane Basbous, Antoine Aze, Laurent Chaloin, Rana Lebdy, Dana Hodroj, Cyril Ribeyre, Marion Larroque, Caitlin Shepard, Baek Kim, Alain Pruvost, Jérôme Moreaux, Domenico Maiorano, Marcel Mechali, Angelos Constantinou
Recent advances in understanding DNA replication: cell type-specific adaptation of the DNA replication program.
Aze A, Maiorano D
Reversible p53 inhibition prevents cisplatin ototoxicity without blocking chemotherapeutic efficacy
Benkafadar N, Menardo J, Bourien J, Nouvian R, François F, Decaudin D, Maiorano D, Puel JL, Wang J.
Regulation of DNA Replication in Early Embryonic Cleavages
Kermi, C., Lo Furno, E., Maiorano, D
An ATR-dependent function for the Ddx19 RNA helicase in nuclear R-loop metabolism
Hodroj D, Recolin B, Serhal K, Martinez S, Tsanov N, Abou Merhi R, Maiorano D
Ddx19 links mRNA nuclear export with progression of transcription and replication and suppresses genomic instability upon DNA damage in proliferating cells
Hodroj, D., Serhal, K., Maiorano, D.
Chapter 6 -Open Access - Genomic instability of pluripotent stem cells: origins and consequences
Lo Furno, E., van der Laan, S., and Maiorano, D.
Checking the cycle by ERRβ splice variants
Vanacker JM, Maiorano D.
Regulation of translesion DNA synthesis by PCNA monoubiquitylation and beyond
Tsanov, N., Kermi, C., Delgado, J., Serrano, L., Maiorano D.
Rad18 is a maternal limiting factor that suppresses the UV-dependent DNA damge checkpoint in Xenopus embryos
Kermi, C., Prieto, S., van der Laan, S., Tsanov, N., Recolin, B., Uro-Coste, E., Delisle, M-B., and Maiorano, D.
PIP degron proteins, substrates of CRL4Cdt2, and not PIP boxes, interfere with DNA polymerase h and k focus formation upon UV damage
Tsanov, N., Kermi, C., Coulombe, P., Van der Laan, S., Hodroj, D., Maiorano, D.
Post-translational modifications in embryonic cell cycle
Van der Laan, S., Maiorano, D.
Cell Cycle-Dependent Expression of Dub3, Nanog and the p160 Family of Nuclear Receptor Coactivators (NCoAs) in Mouse Embryonic Stem Cells
van der Laan S, Golfetto E, Vanacker JM, Maiorano D.
Molecular mechanisms of DNA replication checkpoint activation
Recolin B, van der Laan S, Tsanov N, Maiorano D.
DNA polymerase k-dependent DNA synthesis at stalled replication forks is important for Chk1 activation
Bétous R., Pillaire, M-J, Pierini, L., Van der Laan, S., Recolin B., Ohl-Séguy, E., Guo, C., Niimi, N., Gruz, P., Nohmi, T. Friedberg, E., Cazaux, C., Maiorano, D* and Hoffmann J-S*. * corresponding authors
Polk in replication checkpoint
Maiorano, D., Hoffmann, JS.
High Dub3 expression in mouse ESC couples the G1/S checkpoint to pluripotency
Van der Laan, S., Crozet, C., Tsanov, N., and Maiorano, D
Implication of RPA32 phosphorylation in S-phase checkpoint signalling at replication forks stalled with aphidicolin in Xenopus egg extracts
Recolin, B., Maiorano, D
Role of RPA as sensor in activation of the S-phase checkpoint in Xenopus egg extracts
Recolin, B., Van der Laan, S., and Maiorano, D.
XRCC1 interacts with the p58 subunit of DNA Pola-primase and may coordinate DNA repair and replication during S phase.
Levy N, Oehlmann M, Delalande F, Nasheuer HP, Van Dorsselaer A, Schreiber V, De Murcia G, Ménissier-de Murcia J, Maiorano D, Bresson Anne.
Regulation of S phase during early embryonic Xenopus development
Recolin, B., Maiorano, D.
Geminin is cleaved by caspase-3 during apoptosis in Xenopus egg extracts
Auziol C, Mechali M, Maiorano D.
PUBLICATIONS COMMUNES
MCM proteins and DNA replication.
Maiorano D, Lutzmann M, Mechali M.
2006 - Curr Opin Cell Biol.
, 18, 130-136 16495042 
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
A Cdt1-geminin complex licenses chromatin for DNA replication and prevents rereplication during S phase in Xenopus.
Lutzmann M, Maiorano D, Mechali M.
2006 - EMBO J.
, 25(24):5764-74 17124498
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Recombinant Cdt1 induces rereplication of G2 nuclei in Xenopus egg extracts
Maiorano, D., Krasinska, L., Lutzmann, M. and Mechali M.
2005 - Current Biology
, 15, p 146-153
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
MCM8, a novel DNA helicase which is not required for licensing but functions during processive chromosomal replication in vertebratres.
Maiorano, D., Cuvier, O., Danis, E., and Mechali, M.
2005 - Cell
, 120, 315-3128
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Identification of full genes and proteins of MCM9, a novel, vertebrate-specific member of the MCM2-8 protein family
Lutzmann, M., Maiorano, D., and Méchali, M.
2005 - Gene
, 362:51-6 16226853
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Cell cycle regulation of the licensing activity of Cdt1 in Xenopus laevis.
Maiorano, D., Rul, W., and Marcel Mechali
2004 - Experimental Cell research
, 295, 138-149
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Specification of a DNA replication origin by a transcription complex.
Danis, E., Brodolin, K., Menut, S., Maiorano, D., Girard-Reydet, C. and Marcel Méchali.
2004 - Nature Cell Biology
, 6, 721-730. This article has been the subject of an Editors
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Crystal Structure of the Coiled-coil Dimerization Motif of Geminin : Structural and Functional Insights on DNA Replication Regulation.
Thepaut, M., Maiorano, D., Guichou, JF., Auge, MT., Dumas, C., Méchali, M., and Padilla, A.
2004 - J Mol Biol.
, 342, 275-287
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
A hypophosphorylated form of RPA34 is a specific component of pre-replication centers.
Françon, P. ; Lemaitre, JM., Dreyer, C. ; Maiorano, D. ; Cuvier, O. and Marcel Méchali.
2004 - J Cell Science
, 117, p 4909-4920
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Many roads lead to the origin
Maiorano, D., and Méchali, M.
2002 - Nature Cell Biology
, 4, E58-E59
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Repression of origin assembly in metaphase depends on inhibition of RLF-B/cdt1 by geminin.
Tada, S., Li, A., Maiorano, D., Méchali, M., and Blow, J.
2001 - Nature Cell Biology
, 3, 107-113
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Stepwise Regulated Chromatin Assembly of MCM2-7 Proteins.
Maiorano, D., Lemaître, J.M. and Méchali, M.
2000 - J. Biol. Chem.
, 275, 8426-8431
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
XCDT1 is required for the assembly of pre-replicative complexes in Xenopus laevis
Maiorano, D., Moreau, J., and Méchali, M.
2000 - Nature
, 404, 622-625 ( cf also News and Views 404, 560-561)
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Initiation of DNA replication in eukaryotes : questioning the origin.
Françon, P., Maiorano, D. and Méchali, M.
1999 - Minireview FEBS Letters
, 452, 87-91.
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Evidence for different MCM subcomplexes with differential binding to chromatin in Xenopus.
Coué, M., Amariglio, F., Maiorano, D., Bocquet, S. and Méchali, M.
1998 - Experimental Cell Research
, 245, 282-289.
Service porteur :
Réplication et Dynamique du Génome
Régulation de la stabilité du génome au cours du développement embryonnaire
La DDR est inefficace pendant les premières étapes du développement embryonnaire. Les raisons de cette régulation et ses bases moléculaires ne sont pas bien comprises. Nous avons exploré cette problématique chez les embryons précoces de la mouche Drosophila melanogaster (drosophile), l’amphibien Xenopus laevis (xénope) et chez les cellules souches embryonnaires de souris (cellules ES).
Chez le xénope nous avons découvert que la DDR est inefficace car les embryons contournent de façon très efficace les lésions de l’ADN par l’activation constitutive de la synthèse d’ADN translésionnelle (TLS). Cette régulation empêche l’arrêt de la synthèse d’ADN devant les lésions et par conséquent l’activation de la DDR. Ceci est dû à l’expression élevée du régulateur majeur de la TLS, l’ubiquitine ligase Rad18, pendant les premiers cycles de divisions embryonnaires (Figure 1). Son niveau décline ensuite à des étapes plus tardives, avant l’activation de la transcription du zygote, la transition de mid-blastula (MBT ; Kermi et al., Dev Cell 2015). Nous avons exploré les conséquences de l’activation constitutive de la TLS sur la stabilité du génome au cours du développement embryonnaire. Nous avons mis en évidence un taux de mutation très élevé ainsi que la présence de gros réarrangements de l’ADN qui dépendent de la TLS. Nous avons aussi déterminé les conséquences des mutations accumulés pendant l’embryogenèse précoce sur le développement chez la drosophile. Nous avons trouvé que l’absence de l’ADN polymérase TLS Pol eta pendant les étapes les plus précoces du développement embryonnaire engendre une réduction de la viabilité des larves, et chez les adultes se traduit dans une diminution de la variabilité génétique au niveau de la chromatine péricentromérique. Nous avons aussi trouvé que la signature mutagènique de la TLS Pol eta que nous avons identifié chez la drosophile est similaire à celle identifiée chez certains cancers humains (Figure 2, Lo Furno et al., Nucleic Acids Research, sous presse). Ceci constitue un nouveau mécanisme de variation génétique opérant au cours du développement très précoce qui contribue au polymorphisme génétique individuel et pourrait expliquer la prédisposition à développer le cancer. Ces découvertes ouvrent également la voie à la compréhension des bases moléculaires de l'instabilité du génome observée chez les embryons humains.
Figure 1. L’activation constitutive de la translésion inhibe l’activation de la DDR pendant l’embryogenèse précoce du xénope. (Adapté de Kermi et al., Dev Cell 2015).
Figure 2. Panel supérieur: embryons très précoces de drosophile et de xénope. Panel du milieu, spectre de mutations embryonnaires générées par TLS Pol eta. Panel du bas: carte de similarité entre le spectre de mutations de TLS Pol eta et celui de cancers humains identifié dans la banque de données COSMIC.
Les cellules souches embryonnaires de souris (ES) sont également caractérisées par une faible activation de la DDR, au niveau du checkpoint de la transition entre la phase G1 et S du cycle cellulaire. De ce fait les cellules ES montrent plusieurs signes d’instabilité génomique. Nous avons découvert que l’inhibition de ce checkpoint est dû à la stabilisation de la protéine phosphatase CDC25A, un régulateur majeur de la transition G1/S (Figure 2). Nous avons aussi identifié son régulateur, l’ubiquitine hydrolase Dub3 et montré que son expression est sous contrôle de deux facteurs de pluripotence, Esrrb et Sox2 (van der Laan et al., Mol Cell 2013). Nous voudrions maintenant comprendre les bases moléculaires de l’instabilité génomique observée chez les cellules souches embryonnaires et les cellules pluripotentes induites (iPSs) afin de pouvoir améliorer leur utilisation en médecine régénérative.
Figure 3. Le niveau d’expression de Dub3 dans les cellules souches embryonnaires de souris contrôle le checkpoint de G1/S et l’état pluripotent.
Implication de la translésion dans la résistance thérapeutique
Nous avons pu montrer que l’augmentation de l’expression de Rad18 dans les cellules somatiques humaines par elle-même est suffisante à activer la translésion de façon constitutive et inactiver la DDR, comme observé chez les embryons précoces (Figure 3). Dans ces conditions les cellules montrent une augmentation de la résistance à des agents qui endommagent à l’ADN, ce qui inclut des agents thérapeutiques, comme le cisplatine. Nous avons aussi observé une forte expression de Rad18 dans les cellules souches cancéreuses de glioblastome (Kermi et al., Dev Cell 2015), un cancer du cerveau qui montre une résistance extraordinaire à la thérapie. Nous sommes en train d’explorer la possibilité d’exploiter Rad18 comme nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de ce cancer.
Figure 4. L’expression ectopique de Rad18 dans les cellules somatique humaines (+ Rad18 – UV) est suffisante à induire la formation spontanée de foyers nucléaires de translésion.
Identification de nouveaux gènes de la DDR
Dans le but d’identifier des nouveaux régulateurs de cette voie de signalisation nous avons entrepris un crible in vitro et identifié cinq gènes candidats. Un de ces gènes corresponds à l’ARN hélicase Ddx19 qui a été précédemment impliquée dans l’export de l’ARN messager du noyau vers le cytoplasme. Nous avons montré une nouvelle fonction de Ddx19 dépendant de la DDR (Figure 4), et en particulier de la voie ATR/Chk1, dans la résolution de structures aberrantes qui se forment suite à conflits entre réplication et transcription, les hybrides ARN:ADN ou boucles-R (R-loops, Hodroj et al., EMBO J 2017). Nous sommes en train de déterminer les bases moléculaires de cette nouvelle fonction de Ddx19. Nous sommes également en train de caractériser la fonction des quatre autres gènes identifiés lors de ce crible.
Figure 5. Modèle schématique de la fonction de Ddx19 dépendante d’ATR dans la résolution de boucles-R nucléaires.
Sujet : Caractérisation moléculaire de nouveaux facteurs impliqués dans la tolérance aux dommages à l’ADN
Hanane Mechri - Débutée en Octobre 2021 Directeur de thèse : Domenico Maiorano Co-Directeur : Antoine Aze
Offre de thèse : Sujet : Caractérisation moléculaire de nouveaux facteurs impliqués dans la tolérance aux dommages à l’ADN
Course and current status
Since April 2007. Group leader of the "Genome Surveillance and Stability" team at the Institute of Human Genetics of Montpellier (France). Biochemistry and Cell Biology of DNA damage and replication checkpoints.
2001. Staff researcher employed by INSERM at the CNRS Institute of Human Genetics of Montpellier (France).
1997-2001. Postdoctoral fellow at the Institute Jacques Monod (Paris, France), then at the Institute of Human Genetics of Montpellier (France). Biochemistry of DNA replication in Xenopus in vitro systems.
1996. Research Assistant at the University of Oxford.
1995. PhD at the University of Oxford (England, UK). Cell cycle regulation of DNA replication in fission yeast.
Membership
- Member of Trinity College, Oxford (England, UK)
- Member of Faculty of 1000 Biology “Nuclear Structure and Function Section”
- Member of the French Society of Cell Biology
- Biography published by Marquis “Who’s Who in the World”, “Who’s Who in Healthcare and Medicine”, “ Who’s Who in Science and Engineering”.
- Academic editor at PloS One
- Member of the editorial board of faculty of Faculty of 1000 Research
- Member of the French Society of Biochemistry and Molecular Biology (SFBBM)
Responsable : Domenico MAIORANO
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