LES SYSTEMES DE REPARATION DE L'ADN

1 ^. FACULTE DE MEDECINE D ALGER MODULE DE GENETIQUE Dr Boudiaf Benaferi R. LES SYSTEMES DE REPARATION DE L'ADN I / INTRODUCTION : La r plication et la conservation de la structure primaire de L'ADN peuvent, dans certains cas, ne pas tre parfaites. La r paration vise soit arranger des bases modifi es soit remplacer des bases ou un nucl otide soit carr ment un fragment d'acides nucl iques. II/ LES AGENTS ALTERANTS : Les l sions de L'ADN peuvent tre caus es par des agents physiques ou chimiques. Agents physiques : Les rayons UV, rayons X, la radioactivit ,.. exemple : une exposition au soleil (UV) entraine l apparition de dim res de thymines. L augmentation de la temp rature entra ne des d purination de l ADN(perte de A ou G) et des d samination des bases ( C U). Agents chimiques : Peuvent tre d origine cellulaire comme la modification du PH et les oxydants.

2 D origine exog nes comme le Cisplatine, l acridine, les hydrocarbures cycliques. Remarque : En plus de ces agents, des erreurs peuvent se produire au cours m me de la r plication, vu la vitesse de la r plication et le nombre important de nucl otides qui entrent en jeu. L erreur de r plication est de 1 nucl otide / 107. III/ LES DIFFERENTS TYPES D ALTERATIONS DE BASES : La nature chimique des bases azot es est essentielle pour le message g n tique. De nombreuses modifications de ces bases peuvent entra ner des mutations. Parmi ces alt rations : La d samination de l ad nine donne l hypoxantine qui est pr f rentiellement compl mentaire la cytosine.(sch ma 1) La m thylation de la cytosine donne le 5-m thyl cytosine qui va se lier l ad nine. Les analogues structuraux de bases, comme le 5-bromouracile qui s hybride avec la guanine ou le 2-aminopurine qui se lie la cytosine.

3 (sch ma 2) Certains agents chimiques r agissent avec les bases comme le 2-m thyl nitrosamine qui r agit avec les bases en ajoutant des radicaux (alkylation) ou en s intercalant entre les bases au sein de la double h lice (bromure d thidium). Les tableaux I et II r sument les principales alt rations de bases. IV/ SYSTEME DE REPARATION DE L ADN : La fr quence des l sions de l ADN est tr s lev e : D purination due une temp rature lev e : 5000 cellules/jour. D samination : 100 cellules/jour. Dim risation de thymines : 60 000 80 000 cellules par heure d exposition au soleil.(sch ma 3) Les m canismes de r paration tant tr s efficaces ( ), seul une nombre minime de l sions est transmis la descendance. exemple : une l sion par dim risation de thymine sur un million est transmise la descendance. La persistance de ces anomalies peut entra ner la mort de la cellule (par apoptose) ou sa canc risation.

4 Plusieurs m canismes rectifient les erreurs survenues sur l ADN (et on en d couvre de plus en plus !): 1- syst me de r paration sur preuve : In vitro, chez , l ADN polym rase introduit une base incorrecte par 10 000bases. Cette enzyme a la possibilit de d tecter les bases anormales, de les exciser gr ce son activit exonucl asique et de les remplacer par la base correcte. c est ce qu on appelle Syst me de r paration sur preuve ce qui signifie : r paration pendant de la r plication. 2-r parations directes : Ce type de r paration met en jeu des enzymes sp cifiques. - La photor activation (plantes, bact ries et champignons) : Les dim res de thymines induits par les UV solaires sont monom ris s (r par s) par l ADN PHOTOLYASE (enzyme de photor activation) en pr sence de la lumi re visible.(sh ma 4) - Action de l Alkyltransferase : s il y a augmentation d agents alkylants dans la cellule(alkylation des bases), l alkyltransf rase intervient pour liminer l alkylation.

5 3- r paration des m sappariements : Des m sappariements entre deux bases normales mais non compl mentaires provoquent la formation d une protub rance dirig e vers l ext rieur de l h lice. Cette protub rance est d tect e pendant la phase S par la prot ine Mut S. Ceci va permettre l activation de la prot ine Mut L qui va elle-m me activer une autre prot ine Mut H qui est une enzyme qui induit une coupure du brin d ADN l s en aval de la l sion. Cette coupure est suivie de l action d une h licase sp cifique et d une exonucl ase. L h licase ouvre l ADN en partant de l incision d aval vers la l sion et l exonucl ase dig re le brin lib r puis une ADN polym rase remplace le brin dig r . 4- r parations par excision : sch ma 5) a- Excision d une base ( BER) : Elle se d roule en cinq tapes successives : Une ADN-glycosylase reconna t la base alt r e et l limine par excision.

6 Le site de l ADN ainsi modifi devient un site AP (apurique ou apyrinique). Le brin d ADN est interrompu au niveau de l excision par une AP endonucl ase qui appartient un complexe enzymatique. Elle limine par hydrolyse de la liaison phosphodiester le d soxyribose qui tait li la base alt r e. Une ADN polym rase ( ) associe un nucl otide compl mentaire du nucl otide qui tait associ au nucl otique excis . le nouveau nucl otide est li au brin d ADN modifi par l action d une ligase. b- Excision de nucl otides : (sch ma 6) Elle se d roule en 3 tapes successives : Un complexe enzymatique comporte une EXONUCLEASE enl ve un oligonucl otide (une dizaine de nucl otides) du brin r parer. Ce complexe n cessite les facteurs prot iques sp cifiques. L un d eux est modifi ou manque dans le xeroderma pigmentosum. Les nucl otides manquants sont remplac s un par un par l ADN polym rase qui utilise comme mod le le brin compl mentaire.

7 Une ligase assure la continuit du brin d ADN. c- r paration d une cassure du double brin d ADN: (sch ma 7) La r paration se fait : soit : les extr mit s des deux brins cass s sont juxtapos es, rabot es puis li s. Au cours du ph nom ne, il y a perte de quelques nucl otides et la s quence d origine de l ADN n est pas reconstitu e Le plus souvent, cela est sans cons quent puisque cela survient dans les parties non codantes. soit : la s quence des deux brins cass s est reconstitu e par copie de la r gion quivalente du chromosome homologue. 5- le syst me :(tol rance des l sions ou r paration mutag ne) C est un syst me mis en jeu quand tous les syst mes de r paration sont d pass s. Quand l ADN polym rase arrive la zone mut e, elle va s arr ter et ne pourra plus progresser normalement. La cellule (bact rie) sentant sa vie en danger si la r plication s arr te, le cycle cellulaire est interrompu ,d clenche le syst me :une prot ine appel e Rec A va venir se lier la partie de l ADN(n oform ) qui ne peut plus progresser (monocat naire).

8 Ce complexe va d sactiver une prot ine Lex A (dont le r le est de r primer une vingtaine de g nes qui codent pour le syst me de r paration). Quand la r pression est lev e, la vingtaine de prot ines sont synth tis es et vont essayer de r parer la mutation pour permettre l ADN polym rase de continuer sa progression. Mais dans ce syst me d urgence, il arrive que ce ne soit pas le bon nucl otide qui soit int gr dans la r gion r parer. On parle alors de r paration mutag ne. PRINCIPALES ALTERATIONS DE L ADN(tableaux I et II) MODIFICATIONS MINEURES ALKYLATION D UNE BASE (CH3) HYDRATATION DE LA CYTOSINE(H2O) METHYLATION NON PROGRAMMEE (g ne r prim ) DESAMINATION DE BASES Tableau I MODIFICATIONS MAJEURES PONTAGE INTRABRIN -dim risation de 2 T -dim risation de 2 G UV, moutardes azot es, cisplatine, mitomycine C PONTAGE INTERBRINS entre bases oppos es Platine, mitomycine C, radiations ionisantes PONTAGE ADN-PROTEINE Ellipticine, formol, alkylants, rayons X, UV INSERTION D UN ADDUIT (produit intercalaire) Acridine, bromure d ethidium, alkylants, hydrocarbures cycliques, aminofluor ne, RX CASSURE MONO ET DOUBLE BRIN RX, bl omycine SUBSTITUTION, INSERTION, DELETION D UNE BASE Temp rature, erreur de r plication INCORPORATION D ANALOGUE STRUCTURAL DE BASE BudR(5bromo uracile)

9 , analogue de l acide folique Tableau II Sch ma 1 Sch ma 2 Sch ma 3 Sch ma 4 Sch ma 5 Sch ma 6 Sch ma 7