Cell-type-specific replication initiation programs set fragility of the FRA3B fragile site

Abstract

Common fragile sites have long been identified by cytogeneticists as chromosomal regions prone to breakage upon replication stress. They are increasingly recognized to be preferential targets for oncogene-induced DNA damage in pre-neoplastic lesions and hotspots for chromosomal rearrangements in various cancers. Common fragile site instability was attributed to the fact that they contain sequences prone to form secondary structures that may impair replication fork movement, possibly leading to fork collapse resulting in DNA breaks. Here we show, in contrast to this view, that the fragility of FRA3B--the most active common fragile site in human lymphocytes--does not rely on fork slowing or stalling but on a paucity of initiation events. Indeed, in lymphoblastoid cells, but not in fibroblasts, initiation events are excluded from a FRA3B core extending approximately 700 kilobases, which forces forks coming from flanking regions to cover long distances in order to complete replication. We also show that origins of the flanking regions fire in mid-S phase, leaving the site incompletely replicated upon fork slowing. Notably, FRA3B instability is specific to cells showing this particular initiation pattern. The fact that both origin setting and replication timing are highly plastic in mammalian cells explains the tissue specificity of common fragile site instability we observed. Thus, we propose that common fragile sites correspond to the latest initiation-poor regions to complete replication in a given cell type. For historical reasons, common fragile sites have been essentially mapped in lymphocytes. Therefore, common fragile site contribution to chromosomal rearrangements in tumours should be reassessed after mapping fragile sites in the cell type from which each tumour originates.

Comment l’approche génomique aide à comprendre le processus d’initiation de la réplication

“…De manière surprenante, il existe de nombreuses portions du génome, de plusieurs mégabases, pour lesquelles peu de sites ORC et d'origines sont détectables expé-rimentalement [5,8,10]. Ces régions coïncident fréquemment avec les sites fragiles communs (SFC) du génome 1 [10][11][12] (➜). du complexe ORC.…”

“…En effet, les données accumulées n'ont pas permis une Les SFC sont répliqués très tardivement au cours du cycle cellulaire. Ils sont donc fréquemment sujets à des cassures et des réarrangements lorsque le programme de réplication se prolonge [11,12]. L'absence de ces localisations particulières dans les données obtenues par génomique est probablement associée au fait que les origines de réplication sont distribuées de manière diffuse et variable dans ces portions du génome, ce que les programmes informatiques actuels ne permettent pas d'identifier de manière robuste.…”

“…L'absence de ces localisations particulières dans les données obtenues par génomique est probablement associée au fait que les origines de réplication sont distribuées de manière diffuse et variable dans ces portions du génome, ce que les programmes informatiques actuels ne permettent pas d'identifier de manière robuste. L'absence d'origines bien localisées serait ainsi une des causes de la fragilité de ces régions du génome [10][11][12]. Les délétions récurrentes et les régions où s'accumulent les mutations ponctuelles dans les cancers sont, pour la plupart, localisées dans des régions répliquées en fin de phase S [10,[13][14][15].…”

Common fragile sites in colon cancer cell lines: Role of mismatch repair, RAD51 and poly(ADP-ribose) polymerase-1

“…In this regard, it should be noted that CFS also harbour a number of tumour suppressor genes that are disrupted in tumour cells, such as FHIT (fragile histidine triad) at FRA3B in 3p14.2 or WWOX at FRA16D in 16q23.3 [4,5]. The involvement of these genes in tumour transformation and the expression of specific CFS vary according to the cell type [6][7][8]. Under conditions of replication stress, such as that provoked by APC, when the replication fork encounters the fragile site regions, it can stall and slow down the duplicative process or collapse to generate DNA double stand breaks (DSB) [9,10].…”

La pauvreté en sites d’initiation de la réplication rend-elle fragile certaines régions du génome ?

“…Une étude du laboratoire du Pr. Michelle Debatisse, publiée en février dans le journal Nature, a identifié les bases moléculaires de la fragilité des SFC [5].…”