Mots-Clés

DNA repair molecular modeling Nucleosome

Description

Light, oxidative stress or exogenous molecules can modify the well-designed structure of DNA by
inducing nucleobases lesions. The accumulation of these damages can hinder the DNA transcription
or replication and lead to mutations, cell apoptosis or cancers. As a consequence, numerous studies
focus on the elucidation of the mechanisms of damages formations or their repair by dedicated proteins.
Because of the complexity of the DNA molecule in its biological context, the problem becomes rapidly
combinatorial, involving sequence, structural and dynamical effects. Indeed, beyond the double strand
structure, the DNA polymer is wrapped around a core of eight proteins call histones to form
nucleosomes.[1] This specific and dynamical environment mechanically constrains the DNA
conformation and creates an heterogeneous electrostatic field, which impacts the physicochemical
properties of the nucleobases, their reactivity and their accessibility to protein interacting with DNA.
In this project, we focus on the 8-oxoguanine damage which results from the oxidation of a guanine.
This damage is known to modify the DNA conformation, and also to evolve to secondary damages
and abasic sites because of its redox properties. On the other hand, it is recognized by several proteins
such glycosylases for its repair. A first part of the project was dedicated of the exploration of the
conformational behavior of the 8-oxoguanine in the context of nucleosomal DNA. Now, we plan to
use classical molecular dynamics to simulate the possible interactions between the damages and the
repair protein OGG1 or the remodeller CSB. Molecular dynamics simulations have been successfully
used in our group for simulations of damaged nucleosomal DNA [2-4] and of glycosylase-damage
DNA interaction [5]. This project is part of a collaboration with an experimental group at IAB,
Grenoble, to propose a repair mechanism hypothesis involving different proteins. The simulations
performed during this master will be helpful to give a better understanding of the experimental data
with an insight at a molecular level.
The candidate must have a background and/or interest in physical chemistry, biochemistry or
molecular biology. Competences in programming, computational chemistry or bioinformatics are also
welcomed. Please send a CV and a motivation letter.

La structure de l’ADN, essentielle à la conservation du code génétique, peut être endommagée par la
lumière, le stress oxydant, des molécules exogènes... L’accumulation de ces dommages conduit à
l’altération des processus de transcription et de réplication, induisant des mutations, la mort cellulaire
ou la formation de tumeurs. De fait, de nombreuses études s’intéressent aux mécanismes de formation
de ces dommages et à leur réparation par des protéines dédiées. Toutefois, au niveau moléculaire, la
complexité de l’ADN et de son contexte biologique rend ce problème hautement combinatoire, mêlant
effets de séquence et comportements structurels et dynamiques. En effet, au de-delà de la structure en
double hélice, la molécule d’ADN est compactée autour de cœurs de 8 protéines, les histones, pour
former des nucléosomes.[1] Cet agencement contraint mécaniquement l’ADN et crée un
environnement électrostatique hétérogène qui impacte les propriétés physico-chimiques des bases
azotées; leur réactivité ainsi que leur accessibilité aux protéines interagissant avec l’ADN.
Dans ce projet, nous nous intéressons à la 8-oxoguanine, résultante de l’oxydation d’une guanine. Ce
dommage est connu pour modifier la conformation de l’ADN mais également pour évoluer vers
d’autres dommages voire en site abasique du fait de ses propriétés rédox. Cependant, plusieurs
protéines de réparations sont capables de le reconnaître. La première partie du projet, réalisée l’an
dernier, s’est concentré sur l’exploration du comportement conformationnel de la 8-oxoguanine au sein
du nucléosome. Cette année, nous souhaitons utiliser des approches de dynamiques moléculaires
classiques pour simuler les possibles interaction entre les dommages et une enzyme de réparation
OGG1 ou un remodelleur CSB. Ces approches ont déjà été appliquées pour modéliser des nucléosomes
endommagés [2-4] ou une interaction protéine-dommage [5]. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une
collaboration avec l’IAB, Grenoble, qui vise à étudier une hypothèse de mécanisme de réparation
impliquant ces différentes protéines. Les simulations réalisées durant ce stage permettront de mieux
comprendre les données expérimentales et apporteront une vision à l’échelle moléculaire.

(1) McGinty, R. K.; Tan, S. Chem. Rev. 2015, 115 (6), 2255–2273.
https://doi.org/10.1021/cr500373h.(2)
E. Bignon, V. E. P. Claerbout, T. Jiang, C.
Morell, N. Gillet, E. Dumont, Sci. Rep. 2020, 10, 17314.
(3)
E. Bignon, N. Gillet, T. Jiang, C. Morell, E. Dumont, J. Phys. Chem.
Lett. 2021, 12, 6014
(4)
E. Matoušková, E. Bignon, V. E. P. Claerbout, T. Dršata, N. Gillet, A.
Monari, E. Dumont, F. Lankaš, J. Chem. Theory Comput. 2020, 16, 5972
(5) Bignon, E.; Gillet, N.; Chan, C.-H.; Jiang, T.; Monari, A.; Dumont, E. Comput. Struct.
Biotechnol. J. 2021, 19, 2861–2869. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.04.055.