Des chercheurs développent une alternative à l’hydroxyurée à base de levure pour l’étude de l’ADN

Des chercheurs de l’Université d’État du Colorado ont identifié une méthode alternative pour étudier les changements au cours du processus de réplication de l’ADN en laboratoire à l’aide de levures génétiquement modifiées. La nouvelle approche offre une fenêtre plus claire que les méthodes médicamenteuses actuelles utilisées pour comprendre l’arrêt du cycle cellulaire, un mécanisme fondamental essentiel au traitement des cancers et des problèmes génétiques.

Les résultats ont été publiés dans le Actes de l’Académie nationale des sciences et ont été dirigés à la CSU par le professeur adjoint Grant Schauer du département de biochimie et de biologie moléculaire. Les travaux se concentrent sur l’hydroxyurée, un médicament de chimiothérapie utilisé en milieu clinique pour traiter le cancer, qui est également fréquemment utilisé en recherche pour arrêter les cellules dans leur cycle de développement à des fins d’étude. Cela permet aux chercheurs de mieux explorer le processus complexe par lequel l’ADN d’un génome est copié avec précision dans les cellules avant leur division.

Ce processus se produit fréquemment dans le corps. Cependant, des problèmes de santé surviennent si l’ADN copié est altéré par des intermédiaires métaboliques nocifs, la lumière UV ou des produits chimiothérapeutiques. Lorsque les cellules en cours de réplication rencontrent ces problèmes à des points de contrôle spécifiques gérés biologiquement, le processus est arrêté pour éviter d’autres problèmes. L’hydroxyurée est utilisée pour étudier comment et quand une cellule arrête le processus de réplication en activant ces points d’arrêt pour l’étude des processus biologiques complexes en jeu.

Pendant des décennies, on a cru que le médicament agissait en arrêtant la production des éléments constitutifs de l’ADN, mais l’équipe de Schauer a remarqué que le médicament créait également des espèces d’oxygène réactives et dommageables dans des parties clés de la cellule. Schauer a déclaré que ces réactions indésirables obscurcissaient la compréhension des mécanismes de « kill switch » de la cellule, qui empêchent l’ADN d’être copié de manière incorrecte dans des environnements oxydatifs difficiles.

« Notre travail montre que l’hydroxyurée arrête ce processus de réplication d’une manière moins spécifique qu’on ne le pensait initialement », a-t-il déclaré. « Nous avons découvert que l’oxydation inhibait les ADN polymérases – les machines enzymatiques qui copient directement l’ADN – en ciblant les atomes de fer dans les enzymes et en les séparant. Quelque chose qui persistait même après que le médicament ait été retiré du processus. »

Pour résoudre ce problème, l’équipe CSU a développé un système qui utilise des cellules de levure génétiquement modifiées connues sous le nom de RNR-deg. Ce système offre une alternative moins toxique et rapidement réversible à l’hydroxyurée pour arrêter le processus. Parce que l’hydroxyurée est largement utilisée aujourd’hui, la nouvelle approche décrite dans l’article pourrait changer considérablement la façon dont la recherche sur l’arrêt cellulaire est réalisée.

Schauer a déclaré que l’équipe avait utilisé la cytométrie en flux pour étudier le contenu en ADN et les processus des cellules pour le travail. Hannah Reitman, étudiante de premier cycle en biochimie, a été l’auteur de l’article après avoir collecté et analysé les données du projet. Elle a déclaré que le travail en laboratoire était intimidant au début, mais qu’il était devenu une formidable expérience d’apprentissage.

« Grâce aux recherches sur ce projet et en laboratoire, j’ai appris tellement de techniques et de concepts auxquels je n’aurais pas accès dans un cours magistral », a-t-elle déclaré. « Vous gagnez tellement d’indépendance en laboratoire et acquérez de très bonnes compétences en résolution de problèmes. C’est quelque chose que je continuerai à développer tout au long de ma carrière et je serai éternellement reconnaissant de l’avoir. »

Schauer a déclaré que l’équipe continuerait à travailler sur ce sujet et prévoyait de commencer à transférer la technique des cellules de levure aux cellules humaines.

« La souche de levure RNR-deg semble être une alternative très viable et potentiellement supérieure », a-t-il déclaré. « Il n’a aucun des effets négatifs de l’hydroxyurée qui ont probablement obscurci notre compréhension jusqu’à présent. Il s’agit d’une découverte importante et j’ai hâte de poursuivre nos recherches en vue d’une utilisation dans les cellules humaines à l’avenir. »