Les ADN polymérases réplicatives ont amélioré la processivité et la fidélité de la copie du génome. Chez les eucaryotes et les archées, les progrès en termes de processivité résultent de la liaison à l’antigène nucléaire des cellules prolifératives (PCNA) qui encercle l’ADN. En adoptant une approche intégrative qui associe cryo-microscopie électronique et cristallographie aux rayons X, l’unité Dynamique structurale des macromolécules a décodé les mécanismes de recrutement et de coopérativité entre l’ADN polymérase D et le PCNA.
La réplication de l’ADN est l’une des principales fonctions du vivant et des virus. Elle garantit l’intégrité du génome et le transfert précis de l’information génétique. Les ADN polymérases (ADNP) constituent les enzymes clés de la réplication et de divers processus de réparation de l’ADN. La réplication de l’ADN génomique résulte d’ADNP dites réplicatives qui ont évolué, copiant le génome avec une processivité et une fidélité élevées. Dans tous les domaines du vivant, l’efficacité et la précision remarquables du complexe de polymérases réplicatives reposent sur des protéines accessoires d’holoenzyme polymérase. L’ADN est notamment encerclé par une pince coulissante qui améliore sensiblement la processivité. Cette pince bactérienne est dite pince b, tandis que la protéine de la pince coulissante des eucaryotes et archées est appelée antigène nucléaire des cellules prolifératives (PCNA).
Chez les eucaryotes et les archées, le PCNA stimule la synthèse processive de l’ADN, tant pour le brin inférieur que pour le brin supérieur. L’inhibition du PCNA est, par conséquent, considérée comme une stratégie anticancéreuse d’intérêt. Les organismes du domaine du vivant des archées sont dotés d’une version simplifiée de la machinerie de réplication de l’ADN eucaryote. Il a été démontré que la PolD, une ADN polymérase réplicative largement répandue chez les archées, était essentielle à la viabilité cellulaire. À l’instar d’autres ADNP réplicatives, l’activité de la PolD est fortement stimulée par son interaction avec le PCNA. Les partenaires de liaison du PCNA portent un court motif appelé PIP-box (PCNA-interacting protein-box).
Dans ses travaux, l’unité Dynamique structurale des macromolécules a présenté la structure du complexe PolD-PCNA lié à l’ADN de P. abyssi à 3,77 Å en adoptant une approche de biologie structurale intégrative qui associe cryo-microscopie électronique, cristallographie aux rayons X, mesures d’interactions protéine-protéine et tests d’activité. Cette structure révèle les bases moléculaires de l’interaction et de la coopérativité entre la polymérase réplicative entière et le PCNA, moyennant un niveau de détail sans précédent. La PolD recrute le PCNA via un mécanisme complexe, réclamant deux motifs PIP-box différents : un C-terminal et un motif interne qui n’a jamais été caractérisé jusqu’à présent. L’unité en a déduit que le motif PIP-box C-terminal jouait un double rôle dans la liaison du PCNA ou de la primase et qu’il pouvait contribuer au passage d’une phase d’initiation à une phase processive pendant la réplication.
Source: Nat Commun 11, 27 March 2020. doi.org/10.1038/s41467-020-15392-9
