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Interactions avec la protéine BRCA2 régulant la Recombinaison Homologue en méiose et la fertilité

ABG-105573 Thesis topic
2022-05-13 Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA)
Gif-sur-Yvette - Ile-de-France - France
Interactions avec la protéine BRCA2 régulant la Recombinaison Homologue en méiose et la fertilité
  • Biochemistry
  • Biology
  • Physics
Biologie Structurale, Réparation de l'ADN, cryo-microscopie électronique, AlphaFold, méiose

Topic description

SUJET DE THESE EN FRANCAIS ET EN ANGLAIS:

 

BRCA2 est l'un des gènes de prédisposition au cancer les plus étudiés. La protéine codée par ce gène, BRCA2, est de grande taille (plus de 3000 acides aminés), et est mutée sur toute sa longueur chez de nombreux patients atteints de cancers du sein, des ovaires et de la prostate. Elle est un acteur essentiel de la réparation des dommages à l'ADN par recombinaison homologue (RH), ce qui explique que son inactivation soit une source d'instabilité génétique et donc de cancer. BRCA2 est également un acteur majeur de la RH au cours de la méiose. Son absence entraîne un défaut de fertilité chez l'homme. D'un point de vue moléculaire, BRCA2 est majoritairement prédite comme désordonnée, ce qui rend son analyse structurale particulièrement complexe (Julien et al., Biomol NMR Assign 2020 ; Julien et al., Biomolecules 2021). Dans notre équipe, nous avons montré comment différentes régions désordonnées mais conservées dans l'évolution de BRCA2 jouent un rôle critique dans la préservation du génome pendant la mitose et sa transmission pendant la méiose (Ehlen et al., Cell Cycle 2021 ; Ghouil et al., Nat Commun 2021). Nous avons résolu la structure tridimensionnelle de ces régions d'interaction avec leurs partenaires par cristallographie (Ehlen et al., Nat Commun 2020 ; Ghouil et al., Nat Commun 2021). Nous avons révélé comment certaines de ces interactions sont régulées en suivant la phosphorylation de BRCA2 et sa liaison aux partenaires par résonance magnétique nucléaire en temps réel (Alik et al., Angew Chem 2020 ; Julien et al., Methods Mol Biol 2020). Enfin, nous avons initié la caractérisation par cryo-microscopie électronique de grands assemblages de protéines organisés autour de fragments de BRCA2. Le doctorant se concentrera sur la compréhension des événements moléculaires régulant l'interaction entre BRCA2 et son partenaire méiotique HSF2BP. En effet, nous avons montré que cette interaction déclenche la dégradation de BRCA2. Comme BRCA2 est essentielle pour le RH méiotique, cette interaction doit être régulée dans le temps et dans l’espace de la cellule. Nous avons déjà identifié des premiers partenaires qui sont capables soit d'empêcher l'assemblage du complexe BRCA2-HSF2P, soit de dissocier ce complexe. Le doctorant caractérisera structuralement ces événements, afin d'identifier les mécanismes de régulation associés. En parallèle, il/elle développera une approche permettant d’identifier de nouveaux acteurs capables de réguler le complexe BRCA2-HSF2BP en méiose. Cette approche combinera des cribles biochimiques et bioinformatiques. Elle tirera parti du nouvel outil bioinformatique AlphaFold récemment mis à disposition par DeepMind. La structure et la fonction des protéines identifiées régulant le complexe BRCA2-HSF2BP en méiose seront caractérisées in vitro et en cellules. Ce projet de thèse sera réalisé en collaboration avec l'équipe du Prof. Roland Kanaar (Erasmus University Medical Center, Rotterdam). Les méthodes utilisées au cours de cette thèse seront la purification par chromatographie des protéines, la résonance magnétique nucléaire, le titrage calorimétrique isotherme, la fluorescence, la cristallographie et la microscopie électronique. Les expériences de biologie cellulaire seront réalisées en collaboration avec l'équipe du Prof. Roland Kanaar.

 

BRCA2 is one of the most studied cancer predisposition genes. The protein encoded by this gene, BRCA2, is large (more than 3000 amino acids), and is mutated along its entire length in many patients with breast, ovarian and prostate cancers. It is an essential actor of DNA damage repair by Homologous Recombination (HR), which explains why its inactivation is a source of genetic instability and therefore of cancer. BRCA2 is also a major player in HR during meiosis. Its absence causes a fertility defect in humans. From a molecular point of view, BRCA2 is mostly predicted as disordered, which makes its structural analysis particularly complex (Julien et al., Biomol NMR Assign 2020; Julien et al., Biomolecules 2021). In our team, we have shown how different disordered but conserved regions in BRCA2 evolution play a critical role in genome preservation during mitosis and its transmission during meiosis (Ehlen et al., Cell Cycle 2021; Ghouil et al., Nat Commun 2021). We solved the three-dimensional structure of these interacting regions with their partners by crystallography (Ehlen et al., Nat Commun 2020; Ghouil et al., Nat Commun 2021). We revealed how some of these interactions are regulated by monitoring BRCA2 phosphorylation and binding using real-time nuclear magnetic resonance (Alik et al., Angew Chem 2020; Julien et al., Methods Mol Biol 2020). Finally, we initiated the characterization by cryo-electron microscopy of large protein assemblies organized around BRCA2 fragments. The PhD student will focus on the understanding of the molecular events regulating the interaction between BRCA2 and its meiotic partner HSF2BP. Indeed, we have shown that this interaction triggers BRCA2 degradation. As BRCA2 is essential for meiotic HR, such interaction must be timely and spatially regulated. We already identified first partners that are able to either prevent the assembly of the BRCA2-HSF2P complex or disrupt this complex. The PhD student will structurally characterize these events, in order to pinpoint the associated regulation mechanisms. In parallel, he/she will develop an approach to identify new actors able to regulate the BRCA2-HSF2BP complex in meiosis. This approach will combine biochemical and bioinformatics screens. It will take advantage of the new AlphaFold bioinformatics tool recently released by DeepMind. The structure and function of the identified proteins regulating the BRCA2-HSF2BP complex in meiosis will be characterize in vitro and in cells. This PhD project will be carried out in collaboration with the team of Prof. Roland Kanaar (Erasmus University Medical Center, Rotterdam). The methods used during this PhD will be protein chromatography purification, nuclear magnetic resonance, isothermal calorimetry titration, fluorescence, crystallography and electron microscopy. The cell biology experiments will be performed in collaboration with the team of Prof. Roland Kanaar.

 

Starting date

2022-10-01

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Presentation of host institution and host laboratory

Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA)

In our team, we aim at identifying the molecular mechanisms controling the stability of the genome, i.e. involved in nuclear organisation and DNA damage signalling and repair. These mechanisms are crucial for regulating tumorigenesis and aging. In order to understand how these molecular mechanisms function at the atomic level, we study the three-dimensional structures of protein and/or nucleic acid complexes, and characterize their assembly and dissociation mechanisms.

Most of our studies result from tight collaborations with cell biologists and clinicians involved in characterizing the function of protein-protein interaction networks contributing to genome stability. When the molecules we study are involved in genetic diseases, we also aim at characterizing the many mutants detected by geneticists, in order to predict whether and how these mutants trigger the disease. 

For determining the three-dimensional structures of macromolecular assemblies, we use an integrative structural biology approach that includes Nuclear Magnetic Resonance, X-ray crystallography and electron microscopy. 

Candidate's profile

Formation dans certains des domaines suivants:

Biochimie des protéines, biologie structurale, modélisation moléculaire, biophysique.

Mais surtout: fort intérêt pour les mécanismes moléculaires impliqués dans la santé humaine.

2022-06-30
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