Mécanismes de réparation de l’ADN On estime que l'ADN d'une cellule humaine moyenne subit plusieurs dizaines de milliers de lésions par cellule et par.

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1 Mécanismes de réparation de l’ADN On estime que l'ADN d'une cellule humaine moyenne subit plusieurs dizaines de milliers de lésions par cellule et par jour, dans des conditions habituelles d'activité métabolique et d'exposition aux facteurs environnementaux. L'exposition aux rayonnements ionisants n'est qu'un facteur de risque supplémentaire parmi d'autres. Ces lésions sont globalement néfastes (cancer, vieillissement, etc.) mais la mutagenèse est également un moteur de l'évolution. Un ensemble très efficace de processus biochimiques identifie, signale et corrige les dommages de l'ADN et contribue ainsi à maintenir l'intégrité du génome cellulaire. Cette machinerie de "réparation de l'ADN" est toujours active, réactive et finement (ytim tahakoum fiha bidi9a) contrôlée par la cellule. Mais cette machinerie n'est pas infaillible معصوم من الخطأ ! …la défaillance accroissant le risque cancérogène, les facteurs de variabilité sont nombreux : fond génétique individuel, âge, types cellulaires, types de lésions, facteurs environnementaux, etc. Introduction

2 Rappels sur la structure de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Les chromosomes sont constitués d’ADN qui porte les gènes (25 000 environ). L’information génétique est répartie sur les 46 chromosomes (23 paires). Pour chaque paire, il y a un chromosome d’origine paternelle et un chromosome d’origine maternelle. L’ADN, qui constitue nos chromosomes, porte les gènes (25000 environ). Les gènes sont donc eux aussi présents en 2 copies (maternelle/paternelle).

3 Réplication de l’ADN: modèle semi-conservatrice Mécanismes de réparation de l’ADN L’ADN est constitué d'une molécule de base, le nucléotide, répétée régulièrement. Ce nucléotide possède trois constituants chimiques: 1.Un acide ou groupements Phosphate, 2.Un sucre (le désoxyribose), 3.Une base azotée contenant des atomes d’azote (N). *Il existe quatre sortes de bases azotées: Adénine: A Guanine: G Thymine: T Cytosine: C Donc: 1 Nucléotide = base azotée + sucre + groupement phosphate.

4 La réplication de l'ADN est semi-réplicative, complémentaire à la matrice et l'ADN polymérase III peut réparer ses erreurs. On observe alors que la réplication est un mécanisme qui engendre peu d'erreurs. Cependant, des altérations de l'ADN peuvent se produire. Ces phénomènes ne sont pas rares, et certains sont même spontanés ( désamination fréquente des bases ), alors que d'autres induits ( chaleur enlève énormément de purines(A/G) sur un brin ) :pyrimidine( T/C) Accidents de réplication²² Altération dues à l'instabilité chimique des bases : Modifications dues à l'environnement Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN ²²²²²²²²²²²²²²²²²

5 Types de mutations de l’ADN Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Décalage du cadre de lecture

6 Mutations ponctuelles (Inversion de bases) Types de mutations de l’ADN Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

7 Mutations intra- et inter-chromosomiques Types de mutations de l’ADN Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

8 1) Mécanismes prenant place en dehors de la période de réplication a) Réparation par réversions des lésions : Ce type de réparation utilise très peu de protéines et restore immédiatement les liaisons.  Photo-réactivation : les photolyases sont des enzymes activées par l’énergie lumineuse et qui participent à la réparation des dommages causés dans l'ADN par les ultraviolets et en particulier les dimères de thymine ou plus généralement de pyrimidine. La protéine agit sous l'action d'une lumière bleue ou UV proche, qui excite un cofacteur : la flavine réduite. Celle-ci peut alors transférer un électron au dimère de pyrimidines, ce qui entraîne la scission de ce dimère et la réparation de l'ADN. Ce mécanisme très rapide (de l'ordre de la pico seconde) est encore mal connu.  Réversion de coupure simple brin : par une ADN ligase lorsqu’il n’y a pas de pertes de bases.  Réversion de dépurination par une purine insertase : restore la liaison osidique, enzyme spécifique d’une base. Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli)

9 Excision-réparation de base (BER) Ce mécanisme est présent chez les procaryotes et les eucaryotes et essentiellement impliqué dans les réparations de mutations endogènes jusqu’à 4 nucléotides. Ce type de réparation est communément utilisé pour éliminer les bases incorrectes ( comme l'uracile ) et pour réparer les modifications chimiques survenues au niveau d’une base individuelle ou les bases alkylées. Une telle lésion est réparée par simple élimination de la base, suivi du clivage du désoxyribose, et se termine par une nouvelle synthèse d'ADN intact remplaçant le nucléotide endommagé. Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

10 Excision-réparation de base (BER) Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Le mécanisme se déroule en trois ou quatre étapes suivant la nature de la lésion. Tout d'abord une 1-ADN glycosylase élimine la base endommagée et produit un site abasique (ou site AP). 2-Une endonucléase spécifique clive ensuite le désoxyribose de ce site abasique. 3-Une ADN polymérase remplit à nouveau l’espace libéré en utilisant la base intacte du brin opposé comme matrice. 4-Enfin, une ADN ligase suture le brin réparé.

11 La réparation par excision de base est limitée à quelques types de bases déterminés et se produit très rapidement. Différentes ADN glycosylases correspondent chacune spécifiquement à l’élimination d’un type de base endommagée. C’est ainsi que l’uracile-ADN glycosylase n’éliminera que les bases d’uracile et certains produits d’oxydation de l’uracile, tandis que d'autres ADN-glycosylases seront spécifiques d'autres types de bases altérées (8-oxoguanine...). Excision-réparation de base (BER) Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

12 Excision-réparation du nucléotide (NER) Bien que l'excision-réparation de base joue un rôle important dans la réparation de l'ADN, ce mécanisme n'est pas suffisant, notamment parce que les N-glycosylases ne sont pas capables de réparer certaines erreurs. L'excision réparation du nucléotide est un mécanisme plus flexible. Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Ce mécanisme de réparation passe par l'excision sur le brin endommagé d'un segment de plusieurs nucléotides encadrant la lésion. Il nécessite l'intervention d'un ensemble de facteurs protéiques : des facteurs de reconnaissance qui se lient initialement à la région endommagée, *des hélicases pour ouvrir le duplexe d'ADN de part et d'autre, *des endonucléases simple-brin pour couper en 5' et en 3' de la lésion. Après excision, *une ADN polymérase synthétise à nouveau le brin enlevé en utilisant le brin intact comme matrice. *La réaction est terminée par l'action d'une ADN ligase qui suture le squelette phosphodiester de l'ADN.

13 Excision-réparation du nucléotide (NER) Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

14 La réparation par excision de nucléotides est un mécanisme présent dans toutes les cellules vivantes. Chez les bactéries, elle est prise en charge par le complexe UvrABC. Chez l'homme, ce sont les protéines de la famille XP, associées au facteur de transcription TFIIH qui assurent cette fonction. Cette dénomination, XP, est l'acronyme de Xeroderma pigmentosum, une affection génétique sévère dont souffrent les patients déficients dans cette voie de réparation de l'ADN. Excision-réparation du nucléotide (NER) Mécanismes de réparation procaryote (Chez E. coli) Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Le facteur TFIIH est à la fois impliqué dans le démarrage de la transcription des ARN messagers et dans ce système de réparation de l'ADN. On a récemment montré que le NER a aussi d'autres fonctions, dont la régulation de la transcription des gènes en ARN, qui serait peut-être sa première fonction. Sans le système NER, la transcription est très perturbée.

15 La plupart des mésappariements dans l'ADN surviennent après la réplication de l'ADN, mais ils peuvent aussi survenir après une désamination d'une cytosine méthylée (hydrolyse de la cytosine en uracile ou de la 5-méthylcytosine en thymine). Correction des erreurs d'appariement Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN 2) Mécanismes de réparation liés à la période de réplication

16 Ce mécanisme est également présent chez les procaryotes et les eucaryotes et est post-réplicatif. Il permet la réparation des erreurs d’appariement entre les chaînes d’ADN après la réplication ainsi que les petites délétions ou additions. *Le mécanisme Mut HLS nécessite la reconnaissance du brin néosynthétisé de l’ADN grâce aux méthylations des adénines du brin anciennement synthétisé de l’ADN *ceci permettant la distinction entre les deux brins. *Une endonucléase rompt ensuite le brin néosynthétisé et la partie portant la lésion est éliminée. *Mut S reconnaît le mésappariement, Mut L se lie et active Mut H et Mut H est une endonucléase qui coupe en aval de l’erreur du mésappariement. Il y a ensuite action d’une exonucléase et d’une Hélicase, puis de l’ADN-polymérase I et finalement de la ligase. Correction des erreurs d'appariement Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN 2) Mécanismes de réparation liés à la période de réplication

17 Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Correction des erreurs d'appariement (Chez les eucaryotes) 2) Mécanismes de réparation liés à la période de réplication

18 Le système SOS (Réparation de l’ADN chez les bactéries) Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN Le système SOS regroupe un ensemble de gènes (env. 30) qui est impliqué dans la réplication de l’ADN, dans la réparation de l’ADN et dans la division cellulaire et dont l’expression est contrôlée par une altération de l’ADN. Le système SOS fonctionne comme un système de type opérateur, on se trouve face à deux états, qui utilisent ou non les protéines Rec A qui sont les protéines clé de la recombinaison procaryote : Un état non induit, sans Rec A, durant lequel Lex A se lie aux opérateurs en réprimant la synthèse des protéines impliquées dans la réponse SOS de la cellule, les gènes ne sont donc pas exprimés. Un état induit, avec Rec A qui est toujours présent dans la cellule mais en petites quantités. Lors d’une altération, les protéines Rec A activent leurs propres synthèses en clivant les protéines Lex A qui inhibaient jusqu’alors la transcription des gènes du système SOS dont celui de Rec A. Les différents gènes participant au système SOS forment un régulon qui est un groupe de gènes dont l’expression est contrôlée par une même protéine.

19 Le système SOS (Réparation de l’ADN chez les bactéries) Lorsque les dégâts sur l'ADN sont trop importants et que les autres mécanismes de réparation ne sont pas seuls capables de réparer l'ADN, un mécanisme se déclenche et une vingtaine de protéines normalement réprimées vont alors être exprimées. Ces protéines sont des protéines de réparation. La protéine RecA s'associe aux ADN simple brin. Ceci lui confère une activité qui détruit le répresseur LexA. Ainsi, s'il y a beaucoup de forme simple brin, le répresseur sera inactivé, et les protéines de réparation qu'il réprimait seront alors exprimées. On remarque notamment parmi ces protéines RecA et UvrA, normalement exprimées en petit nombre. Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN

20 Mécanismes de réparation eucaryote Les mécanismes de réparation ont été hautement conservés au cours de l’évolution : le mécanisme de réparation eucaryote a des analogies avec E-Coli. Chez l’Homme on identifie des gènes impliqués dans différents types de la réparation : réversion directe du dommage, le système BER, le système NER, la réparation des mésappariements. Chez les eucaryotes il n’y a pas d’équivalent du système SOS avec augmentation importantes de l’expression des protéines impliquées dans la réparation ; mais plutôt relocalisation et concentration des protéines. Mécanismes de réparation Réparation de l’ADN Mécanismes de réparation de l’ADN