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S. Bourgerie 2006-07
L3-BH01Cours n°7
Réparation de l’ADN
Ce cours est présent sur le web à l’adresse suivante :http://www.univ-orleans.fr/sciences/BIOCHIMIE/L/ressources.htm
Introduction
I- Erreurs de la réplication – mécanisme de leur réparationfonction de correction d’épreuve des ADN polymérases
activité 3’-5’ exonucléasique de l’ADN pol Isystème de réparation des mésappariementsmécanisme de réparationméthylation
II- Dommages de l’ADNdommages spontanés
désaminationdépurination
dommages provoquésradiation UV alkylationagents intercalant analogues de bases
III- Systèmes de réparation des dommages de l’ADNréparation par simple réversion
photoréactivationdé-alkylation
B.E.R : ‘base excision repair’N.E.R : ‘nucleotide excision repair’Synthèse translésionnelle
Récapitulatif
Plan
INTRODUCTION
Les mutations
- correspondent à des changements permanents dans la séquence nucléotidique de l’ADN- peuvent aller du remplacement d’une paire de bases par une autre (substitution)
à l’addition ou la délétion d’une ou plusieurs paires de bases (insertion ou délétion)
Mutation silencieuse : mutation touchant un ADN non essentiel ou qui occasionne un effet négligeableMutation favorable : celle qui confère un avantage à la cellule
Le plus souvent les mutations sont néfastes
Toutes les cellules possèdent de multiples systèmes de réparation de l’ADN
Système Enzymes - protéines Type d’altération
Réparation des erreurs d’appariement
Dam méthylaseProtéines MutH, MutL, MutSADN hélicase IISSBADN polymérase IIIExonucléase IADN ligase
Erreurs d’appariement
Réparation directe ADN photolyasesO6-méthylguanine transférase
Dimères de pyrimidineO6-méthylguanine
Réparation par excision d’une base
ADN glycosylasesEndonucléasesADN polymérase IADN ligase
Bases anormalesBases alkykées(dimères de pyrimidine)
Réparation par excision d’un nucléotide
Excinucléase ABCADN polymérase IADN ligase
Lésions de l’ADN qui provoquent des changements structuraux
Un exemple d’accident de la réplication : Transition TA - CG
Transition : remplacement d’une purine par une purineou remplacement d’une pyrimidine par une pyrimidine
Fonction de correction d’épreuves des ADN polymérases
Mise en œuvre d’uneactivité 3’-5’ exonucléolytique
2ème type de réaction catalysée par l’ADN pol I : Exonucléase
Correction de l’ADN pol I : activité 3’-5’ exonucléase
Lorsqu’un nucléotide mal apparié par des liaisons hydrogène est
accidentellement incorporé lors de la synthèse d’ADN, la polymérase
s’arrête, excise le nucléotide en cause et reprend sa copie.
Fidélité de la réplication de l’ADN
ProcessusFréquence d'erreur
cumulée
Appariement des bases10-1 à 10-2
Sélectivité de l'ADN polymérase et action correctrice par activité exonucléase 3'- 5'
10-5 à 10-6
Rôle des protéines accessoires (ssb par exemple)
10-7
Correction postréplicative des mésappariements
10-10
Le système de réparation des erreurs de réplication de l’ADN(système MMR, mismatch repair ou système MutHLS chez E. coli)
Les mésappariements de l’ADN susceptibles d’être réparéspar le système MMR sont, dans la grande majorité descas, la conséquence d’erreurs commises par l’ADN polyméraseau cours du processus de réplication.
Correction des mésappariements suite à la réplication
Les causes de mésappariements
Imperfections de la correction des épreuvesTautomérisation spontanée
Mésappariements provoqués par les formes tautomériques des bases
N
N
O
O
H3C
thymine (céto)
N
N
N
N
adénine (amino)
H
NHH
N
N
O
O
H3C
thymine (énol)
N
N
N
N
guanine (céto)
OH
H
NHH
Appariement standard
Appariement anormal
N
N
HN
O
H3C
cytosine (imino)
N
N
N
N
adénine (amino)
H
NHH
N
N
HN
O
H3C
cytosine (amino)
N
N
N
N
guanine (céto)
OH
H
NHH
Appariement standard
Appariement anormal
Un exemple de substitution par commutation tautomérique type sauvage
…N G N……N C N…
G forme énol
…N G N……N C N…
type sauvage
…N Gé N……N T N…
…N A N……N T N…
mésappariement
type mutant
1ère réplication 2ème réplication
Transition GC-AT
1
2
Système MutHLS (chez E. coli)
La méthylation pour distinguer le brin parental et le brin néoformé
Méthylation et réparation des mésappariements
ADN hémiméthylé
3le brin néosynthétisé est méthyléLes deux brins ne peuvent être distingués
Le brin matrice est méthylé; le brin néosynthétisé ne l’est pas
réplication1
2
DIRECTIONALITE de la réparation : exonucléases intervenantes
(a) Le motif GATC non méthylé est situé en 5’ de la mutation (b) Le motif GATC non méthylé est situé en 3’ de la mutation
Mutations par modification chimique des bases
Agents mutagènes
Agents chimiquesqui transforment la base : désamination de la cytosine (en uracile)qui perturbent la réplication en s’intercalant dans l’ADNqui provoquent des transitions (A G)
Agents physiquesradiations (X, γ, UV)
(Mutation spontanée : phénomène rare)
Types de mutations qui entraînent un changement de base
Désamination
N
NH2
ON
O
O
CH2
PO
O
O
O-
NH
O
ON
O
O
CH2
PO
O
O
O-
désamination
cytosine uracile
conséquence
U-A remplace C-G
corrigé par le retrait de U(remplacé par un C)
Dépurination
O
O
CH2
PO
O
O
O-
adénine
N
NN
N
NH2
dépurination
O
O
CH2
PO
O
O
O-
conséquence
Une purine est absente
Correction par insertion
Dimère de thymine
NH
O
O
H3C
N
O
O
CH2
PO
O
O-
NH
O
O
H3C
N
O
O
CH2
PO
O
O-
O
NH
O
O
H3C
N
O
O
CH2
PO
O
O-
NH
O
O
H3C
N
O
O
CH2
PO
O
O-
O
irradiation par les UV
conséquence
correction par excision
Le dimère de thymine déforme le duplex
Alkylation
O
O
CH2
PO
O
O
O-
alkylation
guanine
NH
NN
N
O
NH2
O
O
CH2
PO
O
O
O-
méthyl-guanine
NH
NN
N
O
NH2
CH3
conséquenceLe groupement méthyl déforme la double hélice
correction par désalkylation
Les agents intercalant provoquent des changements de cadre de lecture
NH2N NH2
proflavine
NN N
acridine orange
H3C
CH3
CH3
CH3
Analogues des bases
l’ADN peut incorporer le 5-BU à la place de la Thymine
courant rare
NH
N
O
O
H3C
thymine
NH
N
O
O
Br
5-bromo uracile(forme céto)
N
N
OH
O
Br
5-bromo uracile(forme énol)
N
N
O
O
Br
5-bromo uracile(forme céto)
N
N
N
NNHH
H
adénine
N
N
O
O
Br
5-bromo uracile(forme énol)
N
N
N
NO
guanine
H
NHH
H
Modes de réparation
1- réparation directe de la base mutée
2- réparation par excision d’un fragment (la plus courante)(nécessite des nucléases)
Réparation des dimères de pyrimidinpar la photolyase
HN
N N
NH
O- O
O O
HN
N N
NH
O O
O O
HN
N N
NH
O- O
O O
FADH2
HN
N
O-
O
HN
N
O
O
N
NH
O
O
N
NH
O
O
dimère de pyrimidine sous forme cyclobutane
.
.
.
FADH2*
radical flavine
Protéines de dé-alkylation : éliminationdirecte
N
N
NH2
O
CH3
N
N
NH2
O
CH2OHN
N
NH2
O
CH2OH
HCHOH
3-méthyl-cytosine
1
4
3
6
5
2
+ +
cytosine
AlkB
αCGO2
succinateCO2
+
Systèmes de Systèmes de réparation par excisionréparation par excision
Tous les systèmes de réparation par excision fonctionnent de la même manière :
Étapes : 1- reconnaissance de la région d’ADN endommagé2- le brin d’ADN endommagé est scindé par une endonucléase3- une exonucléase élimine un fragment du brin endommagé4- une ADN polymérase et une ligase réparent de concert la brèche
Réparation par excision de nucléotide : Réparation par excision de nucléotide : Système Système UvrABCUvrABC chezchez E. coliE. coli
Deux molécules de UvrA et une molécule deUvrB forment un complexe.Ce complexe se déplace au hasard le long del'ADN.
Quand le complexe rencontre une lésion, unchangement de conformation se produit qui entraîne une dénaturation locale de l'hélice d'ADNet une pliure de 130°.
Le dimère d'UvrA se dissocie de UvrB et l'endonucléase UvrC (excinuclease) se fixe et coupe le brind'ADN en deux sites séparés de 12 à 13 bases.
UvrB et UvrC se dissocient et une hélicasedéroule la région endommagée et relâche lebrin de 12 nucléotides qui est dégradé. Le trouest comblé par l’ADN polymérase I et recollépar la ligase.
“Nucleotide excision repair” chez E. coli : récapitulatif
Enzyme Protéine Fonction
UvrA (104kDa) scanne l’ADN, se fixe à UvrB
UvrB (78kDa)
UvrC (68kDa)se fixe à UvrB ; clive l ’ADN, 8 nucléotides en amont de la lésion
ADN hélicase UvrD enlève le fragment d’ADNADN polymérase
ADN polymérase I remplit la brèche
ADN ligase Lig scelle
Excinucléasese fixe à l’ADN ; clive l ’ADN, 5 nucléotides en aval de la lésion
Réparation par recombinaison (ou réparation post-réplicative)
lésion
3’
5’
5’
ba3’
BLOCAGE de la REPLICATIONBLOCAGE de la REPLICATIONpuis reprise, laissant une lacune
RECAPITULATIF
Base modifiée par commutation tautomérique
Réparation des mésappariements
Dérapage réplicatif Réparation des mésappariements
Dépurination Réparation par excision de base
Désamination oxydative Réparation par excision de base
Base remplacée par analogue de base Réparation par excision de base
Alkylation Réparation par réversion directe
Oxydation Réparation par excision de base
Addition Réparation par excision de nucléotides
Pontage interbrin : dimères de T Réversion directe, excision de nucléotides, recombinaison, SOS
Pontage interbrin Réparation par recombinaison
Cassures simple brin Réparation par recombinaison
Quelles sont les conséquences des mutations?
2 conséquences principales des mutations
1- perte de fonction2- gain de fonction
Maladies héréditaires et cancers provoqués par des anomalies du fonctionnement des systèmes de réparation de l’ADN
Systèmes de réparation chez les eucaryotes (cellules de mammifères)
3 principaux :
1- O6-méthylguanine méthyl transférase:-responsable de l’enlèvement de groupements méthyl ajoutés sur les bases par des agents alkylants (mécanisme de réparation directe)
2- Système BER (Base Excision Repair)- répare les dommages causés par l’hydrolyse, les agents alkylant et les radicaux libres- enzymes clés: ADN glycosylases- chacune reconnaît un type spécifique d’altération de base
3- Système NER (Nucleotide Excision Repair)- répare les dommages plus volumineux (ex: dimère pyrimidine)- défaillance associée à certaines maladies (xeroderma pigmentosum)
BER chez les eucaryotes
Les enzymes du système BER :
Différentes glycosylases pour différents types de dommages:
8 glycosylases chez les eucaryotes:
- 4 qui reconnaissent les uraciles dans l’ADN
- 3 qui reconnaissent les lésions de type oxydative
- 1 spécifique pour les purines alkalonisées