laboratoire de physique statistique
 
 
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Couplage de l’activité de débobinage de l’hélicase et de la synthèse par la primase dans la réplication de l’ADN.

Les pinces magnétiques, développées par V. Croquette et D. Bensimon au LPS-ENS, avaient déjà permis de suivre en temps réel l’action d’une enzyme individuelle, la topoisomérase dont le rôle est de réguler la torsion de l’ADN. Tout récemment, elles ont permis de suivre la duplication de l’ADN, processus basé sur un groupe de quelques protéines appelé le replisome, et de préciser le mécanisme de collaboration entre la primase et l’hélicase. Durant la réplication de l’ADN l’hélicase sépare les deux brins, et deux nouveaux simples brins sont synthétisés par deux polymérases en se servant des brins originaux comme modèle. Pour l’un des nouveaux brins, la synthèse est directe car l’action de la polymérase qui est polarisée se fait dans le même sens que celle de l’hélicase. Pour l’autre brin, la synthèse doit se faire dans le sens contraire de la marche. Elle se fait alors par segments d’environ un millier de bases, appelés fragments d’Okazaki. La primase est l’enzyme qui dépose un petit oligonucléotide d’ARN qui permet le démarrage de la polymérase. Il existait encore une énigme dans ce mécanisme : la primase et l’hélicase qui sont associées (et dans certain cas forment une seule enzyme) travaillent dans deux directions opposées, comment peuvent-elles collaborer ? Il existe trois modèles permettant d’imaginer ce mécanisme : soit la primase force l’hélicase à s’arrêter lors de la synthèse de l’ologonucléotide ; un deuxième modèle proposait qu’une ou quelques sous-unités de la primase se dissocient de l’hélicase lors de la synthèse pendant que l’hélicase continue son mouvement. Dans le troisième modèle, l’ADN est continûment extrudé entre les deux enzymes et forme une boucle qui est relâchée à la fin de la synthèse. La première hypothèse implique que durant la réplication, l’hélicase fasse des pauses pour permettre la synthèse du primaire, tandis que les deux autres hypothèses conduisent à un mouvement continu de cette hélicase. Le groupe du LPS a étudié le replisome du bactériophage T4 au moyen de pinces magnétiques, et a mis en évidence les deux derniers types de comportement visualisant la dissociation et la formation d’une boucle. Ces résultats ont été confirmés par l’équipe de S. Patel étudiant le replisome du bactériophage T7.

Bibliographie :
-  "Coupling DNA unwinding activity with primer synthesis in the bacteriophage T4 primosome." Maria Manosas, Michelle M Spiering, Zhihao Zhuang, Stephen J Benkovic & Vincent Croquette. Nature Chemical Biology 5, 904 - 912 (2009).
-  News and views : N.E. Dixon " DNA REPLICATION Prime-time looping" Nature 462, 854-855, 17 December 2009

Contact : V. Croquette 01 44 32 34 92 (vincent.croquette@lps.ens.fr)