Thèse Études Structurales et Fonctionnelles des Filaments Xrcc4 de la Voie Nhej dans la Cancérogénèse et dans les Mécanismes de Résistances aux Traitements H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université Paris-Saclay GS Life Sciences and Health
École doctorale : Cancérologie : Biologie - Médecine - Santé
Laboratoire de recherche : Intégrité du Génome et Cancers
Direction de la thèse : Gerard MAZON ORCID 0000000297915666
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59

Les cassures double brin (CDB) de l'ADN représentent l'une des menaces majeures pour l'intégrité génomique. Elles proviennent de processus endogènes comme le stress oxydatif ou d'agents génotoxiques. Leur réparation repose principalement sur deux voies : la recombinaison homologue (RH), précise et dépendante d'un modèle, et la voie NHEJ (NonHomologous End Joining), plus flexible, active tout au long du cycle cellulaire et indispensable à la recombinaison V(D)J. Les défauts du NHEJ provoquent une instabilité génétique favorisant la cancérogenèse et des immunodéficiences, dont certaines formes de SCID.
Au sein du NHEJ, l'hétérodimère Ku se fixe aux extrémités cassées et recrute DNAPKcs, les enzymes de maturation des extrémités, les polymérases, puis le complexe de ligation formé par XRCC4, XLF et la ligase IV. XRCC4 est ainsi un élément central de la voie, dont la dérégulation affecte la réponse aux dommages de l'ADN, la radiosensibilité et la résistance thérapeutique. Si des mutations sont décrites, les variations d'expression semblent les plus déterminantes, notamment dans des cancers comme le triple négatif du sein où l'inhibition de XRCC4 accroît la radiosensibilité. XRCC4 apparaît donc comme un modulateur clé de la plasticité réparatrice et comme une cible thérapeutique potentielle.
Nos travaux ont montré que XRCC4 s'autoassemble en longs filaments hélicoïdaux. L'analyse par cryoEM à haute résolution a révélé une structure composée de quatre chaînes formant deux doubles hélices entremêlées de chiralité gauche, où les interactions entre dimères mobilisent à la fois le domaine globulaire Nterminal et les domaines Cterminaux opposés. Ce filament assure un rôle architectural : il maintient les extrémités d'ADN rapprochées via XLF, stabilise l'ensemble KuADN et favorise le recrutement efficace de la ligase IV. Plusieurs mutants perturbant la formation des filaments ou leur interaction avec l'ADN, Ku ou XLF ont été identifiés.
XRCC4 relie également la machinerie NHEJ au nucléosquelette via IFFO1, qui forme un hétérotétramère avec XRCC4 et interagit avec les lamines A/C. L'inactivation d'IFFO1 ou la perturbation de ces interactions augmente la mobilité des extrémités cassées et favorise les translocations chromosomiques, contribuant à la tumorigénèse.
Une étape essentielle consiste désormais à déterminer si ces architectures supramoléculaires existent dans les cellules, à caractériser leur dynamique, leur distribution nucléaire et les conditions modulant leur organisation. Il est également crucial d'évaluer comment le niveau d'expression ou l'amplification du gène XRCC4 influence la formation, la stabilité ou l'abondance de ces filaments et leurs interactions avec les partenaires du NHEJ ou du nucléosquelette. La collection de lignées cellulaires ovariennes développée au laboratoire, ainsi qu'une lignée de référence d'épithélium tubaire, constitue un cadre optimal pour ces investigations.
Dans le cancer de l'ovaire, XRCC4 est fréquemment surexprimé ou amplifié - l'altération la plus récurrente touchant ce gène - et cette dérégulation est associée à un pronostic défavorable, notamment dans les carcinomes séreux de haut grade. Ces tumeurs présentent souvent une déficience en recombinaison homologue (HRD), les rendant dépendantes du NHEJ pour la réparation des CDB. Dans ce contexte, l'activité de XRCC4 pourrait compenser les défauts de RH et contribuer à la résistance au carboplatine et à l'olaparib. Par son rôle d'échafaudage multifonctionnel et ses interactions avec les lamines, le nucléosquelette et d'autres voies de réparation, XRCC4 pourrait ainsi influencer profondément la stabilité génomique, l'organisation nucléaire et la réponse des cellules tumorales au stress génotoxique.

Les cassures double brin de l'ADN représentent l'une des menaces majeures pour l'intégrité génomique, et leur réparation repose principalement sur la voie NHEJ, essentielle tout au long du cycle cellulaire ainsi que pour la recombinaison V(D)J. Au coeur de cette machinerie, XRCC4 joue un rôle structural déterminant en stabilisant les extrémités d'ADN et en orchestrant leur ligation avec XLF et la ligase IV. Des travaux récents de notre équipe ont révélé sa capacité à former des filaments hélicoïdaux, suggérant une fonction d'échafaudage encore largement inexplorée. Parallèlement, des dérégulations de XRCC4 -surexpression ou amplification - sont associées à l'instabilité génomique, à la résistance aux traitements, et à un mauvais pronostic dans plusieurs cancers, notamment l'ovaire, souvent dépendants du NHEJ du fait de leur déficit en recombinaison homologue. Ces observations soulignent l'importance de comprendre comment XRCC4 s'assemble, agit et s'intègre aux réseaux structuraux du noyau, afin d'élucider son rôle dans la cancérogenèse et les mécanismes de résistance thérapeutique.

Le projet vise à élucider de manière intégrée le rôle structural, biochimique et cellulaire de XRCC4 dans la voie NHEJ et son impact sur la stabilité génomique. Sur le plan structural, nous déterminerons par cryoEM l'architecture complète du complexe NHEJ (ADN-Ku-DNAPKcs-XLF-filaments XRCC4-Ligase IV), analyserons l'effet d'IFFO1 et des lamines A/B sur l'organisation des filaments, et étudierons l'impact de modifications posttraductionnelles - notamment la OGlcNAcylation - sur leur stabilité. Des analyses fonctionnelles in vitro évalueront comment ces états structuraux influencent l'efficacité de ligation. Sur le plan cellulaire, nous modulerons l'expression de XRCC4 dans des modèles d'ovaire (FNE2 et panel de lignées tumorales) pour examiner les conséquences sur la survie, la réponse aux traitements génotoxiques et l'efficacité du NHEJ. Enfin, l'imagerie photonique statique et dynamique permettra de rechercher et de caractériser in vivo des structures filamentaires de XRCC4, d'en suivre la distribution nucléaire et la dynamique en réponse aux dommages à l'ADN.

Les approches méthodologiques combinent des techniques structurales, biochimiques et cellulaires afin de caractériser XRCC4 à plusieurs échelles. Sur le plan structural, la microscopie électronique et la cryoEM seront utilisées pour déterminer l'architecture du complexe NHEJ complet, analyser les filaments XRCC4 seuls ou associés à IFFO1 et aux lamines, et évaluer l'impact de modifications posttraductionnelles sur leur stabilité. Des approches biochimiques in vitro - purification de protéines, tests de ligation, analyses d'assemblage et étude de mutants - permettront de relier les états structurels aux fonctions enzymatiques. Sur le plan cellulaire, l'expression de XRCC4 sera modulée dans des lignées d'ovaire (modèle FNE2 et panel tumoral) pour étudier ses effets sur la survie, la réponse aux dommages et l'efficacité du NHEJ. Enfin, l'imagerie photonique fixe et dynamique servira à visualiser in vivo la distribution, la dynamique et le comportement éventuel de structures filamentaires XRCC4 en réponse aux stress génotoxiques.

Le·la candidat·e idéal·e devra posséder une solide formation en biologie cellulaire, biologie moléculaire ou biochimie, ainsi qu'un goût prononcé pour l'étude des mécanismes de réparation de l'ADN. Une expérience préalable en culture cellulaire, clonage, expression et purification de protéines, ou en analyses fonctionnelles in vitro constituera un atout important. Le projet incluant des approches structurales avancées (cryoEM, microscopie électronique, analyses d'assemblage), un intérêt marqué pour la biophysique, la biologie structurale et les techniques de microscopie est fortement souhaité, même si un apprentissage progressif est prévu au laboratoire.
Le·la doctorant·e devra également faire preuve de rigueur expérimentale, de capacités d'organisation et d'un bon niveau d'autonomie tout en s'intégrant efficacement au sein d'une équipe pluridisciplinaire. Une aptitude à analyser des données complexes, à communiquer ses résultats (présentations, rédaction en anglais) et à interagir avec des spécialistes d'approches complémentaires sera essentielle. Curiosité, motivation et envie d'apprendre des techniques de pointe seront des qualités déterminantes pour mener à bien ce projet ambitieux à l'interface entre biologie structurale, biochimie et cancérologie.