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7.S : Mutation et réparation de l'ADN (Résumé) - Biologie


Résumé : Causes des transitions et des transversions

Le tableau 7.1 énumère plusieurs causes de mutations dans l'ADN, y compris les mutagènes ainsi que les souches mutantes chez les bactéries. Cela peut également être une source d'allèles mutants.

Table. 7.1. Résumé des effets de divers agents qui altèrent les séquences d'ADN (mutagènes et gènes mutants)
Agent (mutagène, etc.)ExempleRésultat
Analogues de nucléotidesBrdUTPtransitions, par ex. A:T à G:C
Agents oxydantsacide nitreuxtransitions, par ex. C:G à T:A
Agents alkylantsnitrosoguanidinetransitions, par ex. G:C à A:T
Mutagènes de décalage du cadre de lectureBenz(a)pyrènesuppressions (court)
Rayonnement ionisantRayons X, rayons gsauts et suppressions (grand)
UVUV, 260 nmY-dimères, réplication en bloc
Mauvaise incorporation :
ADN altéré Pol IIImutD=dnaQ; e sous-unité de l'ADN PolIIItransitions, transversions et décalages de cadre dans les souches mutantes
Réparation sujette aux erreursBesoin d'UmuC, UmuD, DNA PolIIItransitions et transversions dans le type sauvage pendant SOS
Autres gènes mutantsmutM, mutT, mutYtransversions dans les souches mutantes

Lectures supplémentaires

  • Friedberg, E.C., Walker, G.C. et Siede, W. (1995) Réparation de l'ADN et mutagenèse, ASM Press, Washington, D.C.
  • Kornberg, A. et Baker, T. (1992) Réplication de l'ADN, 2sd Édition, W. H. Freeman and Company, New York.
  • Zakian, V. (1995) AU M-gènes apparentés : que nous disent-ils sur les fonctions du gène humain ? Cellule 82: 685-687.
  • Kolodner, R. (1996) Biochimie et génétique de la réparation des mésappariements eucaryotes. Gènes & Développement10:1433-1442.
  • Sutton MD, Smith BT, Godoy VG, Walker GC. (2000) La réponse SOS : informations récentes sur la mutagenèse dépendante de l'umuDC et la tolérance aux dommages à l'ADN.Rév. Genet34:479-497.
  • De Laat, W. L., Jaspers, N. C. J. et Hoeijmakers, J. (1999) Mécanisme moléculaire de la réparation par excision de nucléotides. Gènes & Développement13 : 768-785. Cette revue se concentre sur la réparation par excision de nucléotides chez les mammifères.

Réparation de l'ADN

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réparation de l'ADN, l'un des nombreux mécanismes par lesquels une cellule maintient l'intégrité de son code génétique. La réparation de l'ADN assure la survie d'une espèce en permettant à l'ADN parental d'être hérité aussi fidèlement que possible par la progéniture. Il préserve également la santé d'un individu. Des mutations dans le code génétique peuvent conduire au cancer et à d'autres maladies génétiques.

Une réplication réussie de l'ADN nécessite que les deux bases puriques, l'adénine (A) et la guanine (G), s'apparient avec leurs homologues pyrimidiques, la thymine (T) et la cytosine (C). Cependant, différents types de dommages peuvent empêcher un appariement correct des bases, parmi lesquels des mutations spontanées, des erreurs de réplication et des modifications chimiques. Des mutations spontanées se produisent lorsque les bases de l'ADN réagissent avec leur environnement, par exemple lorsque l'eau hydrolyse une base et modifie sa structure, l'amenant à s'apparier avec une base incorrecte. Les erreurs de réplication sont minimisées lorsque la machinerie de réplication de l'ADN « corrige » sa propre synthèse, mais parfois des paires de bases incompatibles échappent à la relecture. Les agents chimiques modifient les bases et interfèrent avec la réplication de l'ADN. Les nitrosamines, qui se trouvent dans des produits tels que la bière et les aliments marinés, peuvent provoquer une alkylation de l'ADN (l'ajout d'un groupe alkyle). Les agents oxydants et les rayonnements ionisants créent des radicaux libres dans la cellule qui oxydent les bases, notamment la guanine. Les rayons ultraviolets (UV) peuvent entraîner la production de radicaux libres nocifs et peuvent fusionner les pyrimidines adjacentes, créant des dimères de pyrimidine qui empêchent la réplication de l'ADN. Les rayonnements ionisants et certains médicaments, tels que l'agent chimiothérapeutique bléomycine, peuvent également bloquer la réplication, en créant des cassures double brin dans l'ADN. (Ces agents peuvent également créer des cassures simple brin, bien que cette forme de dommage soit souvent plus facile à surmonter pour les cellules.) Les analogues de bases et les agents intercalants peuvent provoquer des insertions et des suppressions anormales dans la séquence.

Il existe trois types de mécanismes de réparation : l'inversion directe des dommages, la réparation par excision et la réparation post-réplication. La réparation par inversion directe est spécifique au dommage. Par exemple, dans un processus appelé photoréactivation, les bases pyrimidiques fusionnées par la lumière UV sont séparées par l'ADN photolyase (une enzyme dirigée par la lumière). Pour l'inversion directe des événements d'alkylation, une ADN méthyltransférase ou une ADN glycosylase détecte et supprime le groupe alkyle. La réparation par excision peut être spécifique ou non spécifique. Dans la réparation par excision de bases, les ADN glycosylases identifient et éliminent spécifiquement la base mésappariée. Dans la réparation par excision de nucléotides, la machinerie de réparation reconnaît un large éventail de distorsions dans la double hélice causées par des bases mal appariées dans cette forme de réparation, toute la région déformée est excisée. La réparation post-réplication se produit en aval de la lésion, car la réplication est bloquée sur le site réel de la lésion. Pour que la réplication se produise, de courts segments d'ADN appelés fragments d'Okazaki sont synthétisés. L'espace laissé au site endommagé est comblé par une réparation par recombinaison, qui utilise la séquence d'un chromosome frère non endommagé pour réparer le chromosome endommagé, ou par une réparation sujette aux erreurs, qui utilise le brin endommagé comme modèle de séquence. La réparation sujette aux erreurs a tendance à être inexacte et sujette à des mutations.

Souvent, lorsque l'ADN est endommagé, la cellule choisit de se répliquer sur la lésion au lieu d'attendre la réparation (synthèse translésionnelle). Bien que cela puisse conduire à des mutations, il est préférable d'arrêter complètement la réplication de l'ADN, ce qui conduit à la mort cellulaire. D'autre part, l'importance d'une bonne réparation de l'ADN est soulignée lorsque la réparation échoue. L'oxydation de la guanine par les radicaux libres conduit à la transversion G-T, l'une des mutations les plus courantes dans le cancer humain.

Le cancer colorectal héréditaire sans polypose résulte d'une mutation des protéines MSH2 et MLH1, qui réparent les mésappariements lors de la réplication. Xeroderma pigmentosum (XP) est une autre condition qui résulte de l'échec de la réparation de l'ADN. Les patients atteints de XP sont très sensibles à la lumière, présentent un vieillissement cutané prématuré et sont sujets aux tumeurs malignes de la peau car les protéines XP, dont beaucoup interviennent dans la réparation par excision des nucléotides, ne peuvent plus fonctionner.


7.S : Mutation et réparation de l'ADN (Résumé) - Biologie

Mutation et réparation de l'ADN

Une mutation, qui peut survenir lors de la réplication et/ou de la recombinaison, est un changement permanent dans la séquence nucléotidique de l'ADN. L'ADN endommagé peut être muté par substitution, délétion ou insertion de paires de bases. Les mutations, pour la plupart, sont inoffensives, sauf lorsqu'elles conduisent à la mort cellulaire ou à la formation de tumeurs. En raison du potentiel mortel des mutations de l'ADN, les cellules ont développé des mécanismes pour réparer l'ADN endommagé.

Il existe trois types de mutations d'ADN : les substitutions de bases, les délétions et les insertions.

1. Substitutions de base

Base simple remplacements sont appelées mutations ponctuelles, rappelons la mutation ponctuelle Glu -----> Val qui provoque la drépanocytose. Les mutations ponctuelles sont le type de mutation le plus courant et il en existe deux types.

Transition: cela se produit lorsqu'une purine est substituée par une autre purine ou lorsqu'une pyrimidine est substituée par une autre pyrimidine.

Transversion: lorsqu'une purine remplace une pyrimidine ou qu'une pyrimidine remplace une purine.

Les mutations ponctuelles qui se produisent dans les séquences d'ADN codant pour des protéines sont soit silencieuses, soit faux-sens ou non-sens.

Silencieux: si abaissé substitution se produit en troisième position du codon, il y a de fortes chances qu'un codon synonyme soit généré. Ainsi, la séquence d'acides aminés codée par le gène n'est pas modifiée et la mutation est dite silencieuse.

Missence: Quand base substitution entraîne la génération d'un codon qui spécifie un acide aminé différent et conduit donc à une séquence polypeptidique différente. Selon le type de substitution d'acides aminés, la mutation faux-sens est conservatrice ou non conservatrice. Par exemple, si la structure et les propriétés de l'acide aminé substitué sont très similaires à l'acide aminé d'origine, la mutation est dite conservatrice et aura très probablement peu d'effet sur la structure/fonction des protéines résultantes. Si la substitution conduit à un acide aminé avec une structure et des propriétés très différentes, la mutation n'est pas conservatrice et sera probablement délétère (mauvaise) pour la structure/fonction des protéines résultantes (c'est-à-dire la mutation ponctuelle de la drépanocytose).

Absurdité: Lorsqu'une base substitution aboutit à un codon stop tronquant finalement la traduction et conduisant très probablement à une protéine non fonctionnelle.

Une délétion, entraînant un décalage du cadre de lecture, se produit lorsqu'une ou plusieurs paires de bases sont perdues de l'ADN (voir la figure ci-dessus). Si une ou deux bases sont supprimées, le cadre de traduction est modifié, ce qui entraîne un message brouillé et un produit non fonctionnel. Une suppression de trois bases ou plus laisse le cadre de lecture intact. Une délétion d'un ou plusieurs codons a pour résultat qu'une protéine manque d'un ou plusieurs acides aminés. Cela peut être délétère ou non.

L'insertion de paires de bases supplémentaires peut conduire à des décalages de trame selon que des multiples de trois paires de bases sont insérés ou non. Des combinaisons d'insertions et de suppressions conduisant à une variété de résultats sont également possibles.

Erreurs dans la réplication de l'ADN

Dans de très, très rares occasions, l'ADN polymérase incorporera une base non complémentaire dans le brin fille. Au cours du prochain cycle de réplication, la base mal incorporée conduirait à une mutation. Ceci, cependant, est très rare car l'exonucléase fonctionne comme un mécanisme de relecture reconnaissant les paires de bases incompatibles et les excisant.

Erreurs dans la recombinaison de l'ADN

L'ADN se réorganise souvent par un processus appelé recombinaison qui se déroule via une variété de mécanismes. Parfois, l'ADN est perdu pendant la réplication, ce qui entraîne une mutation.

Dommages chimiques à l'ADN

De nombreux mutagènes chimiques, certains exogènes, certains artificiels, certains environnementaux, sont capables d'endommager l'ADN. De nombreux médicaments chimiothérapeutiques et agents intercalants agissent en endommageant l'ADN.

Les rayons gamma, les rayons X et même la lumière UV peuvent interagir avec les composés de la cellule en générant des radicaux libres qui causent des dommages chimiques à l'ADN.

L'ADN endommagé peut être réparé par plusieurs mécanismes différents.

Réparation d'incompatibilité

Parfois, l'ADN polymérase incorpore un nucléotide incorrect lors de la synthèse du brin et le système d'édition 3' à 5', l'exonucléase, ne parvient pas à le corriger. Ces mésappariements ainsi que les insertions et suppressions de bases uniques sont réparés par le mécanisme de réparation des mésappariements. La réparation des mésappariements repose sur un signal secondaire dans l'ADN pour faire la distinction entre le brin parental et le brin fille, qui contient l'erreur de réplication. Les cellules humaines possèdent un système de réparation des mésappariements similaire à celui d'E. coli, qui est décrit ici. La méthylation de la séquence GATC se produit sur les deux brins quelque temps après la réplication de l'ADN. Comme la réplication de l'ADN est semi-conservatrice, le nouveau brin fille reste non méthylé pendant une très courte période de temps après la réplication. Cette différence permet au système de réparation des mésappariements de déterminer quel brin contient l'erreur. Une protéine, MutS reconnaît et se lie à la paire de bases mésappariée.

Une autre protéine, MutL se lie alors à MutS et la séquence GATC partiellement méthylée est reconnue et liée par l'endonucléase, MutH. Le complexe MutL/MutS se lie alors à MutH qui coupe le brin d'ADN non méthylé au site GATC. Une ADN hélicase, MutU déroule le brin d'ADN dans le sens du mésappariement et une exonucléase dégrade le brin. L'ADN polymérase comble alors le vide et la ligase scelle l'entaille. Les défauts des gènes de réparation des mésappariements trouvés chez l'homme semblent être associés au développement du cancer colorectal héréditaire.

Réparation par excision de nucléotides (NER)

Le NER dans les cellules humaines commence par la formation d'un complexe de protéines XPA, XPF, ERCC1, HSSB au niveau de la lésion sur l'ADN. Le facteur de transcription TFIIH, qui contient plusieurs protéines, se lie alors au complexe dans une réaction dépendante de l'ATP et pratique une incision. Le segment de 29 nucléotides résultant de l'ADN endommagé est ensuite déroulé, l'espace est rempli (ADN polymérase) et l'entaille est scellée (ligase).

Réparation directe de l'ADN endommagé

Parfois, les dommages causés à une base peuvent être directement réparés par des enzymes spécialisées sans avoir à exciser le nucléotide.

Réparation de recombinaison

Ce mécanisme permet à une cellule de se répliquer après les dommages et de les réparer plus tard.

Réglementation du contrôle des dommages

La réparation de l'ADN est régulée dans les cellules de mammifères par un mécanisme de détection qui détecte les dommages à l'ADN et active une protéine appelée p53. p53 est un facteur de régulation transcriptionnelle qui contrôle l'expression de certains produits géniques qui affectent le cycle cellulaire, la réplication de l'ADN et la réparation de l'ADN. Certaines des fonctions de p53, qui viennent d'être déterminées, sont : la stimulation de l'expression des gènes codant pour p21 et Gaad45. La perte de la fonction p53 peut être délétère, environ 50% de tous les cancers humains ont un gène p53 muté.

La protéine p21 se lie et inactive une kinase de division cellulaire (CDK) qui entraîne l'arrêt du cycle cellulaire. p21 se lie et inactive également le PCNA, ce qui entraîne l'inactivation des fourches de réplication. Le complexe PCNA/Gaad45 participe à la réparation par excision de l'ADN endommagé.

Quelques exemples de maladies résultant de défauts dans les mécanismes de réparation de l'ADN.


Les voies de réparation de l'ADN

Une variété d'agents endogènes et exogènes endommageant l'ADN tels que la lumière UV, les rayonnements ionisants (IR) et les agents chimiothérapeutiques peuvent entraîner des lésions de l'ADN, notamment des mésappariements, des cassures simple brin (SSB), des cassures double brin (DSB), des modifications chimiques des bases ou des sucres, et des réticulations interbrins ou intrabrins. Si les dommages ne sont pas corrigés, ils provoqueront une instabilité génomique et une mutation, qui sont l'une des caractéristiques du cancer (Hanahan et Weinberg, 2011). Afin d'éviter cette situation, les cellules ont développé une série de mécanismes appelés réponse aux dommages à l'ADN (DDR) afin de traiter de telles lésions. La DDR est un réseau complexe qui fonctionne de différentes manières pour cibler diverses lésions de l'ADN, notamment la transduction du signal, la régulation transcriptionnelle, les points de contrôle du cycle cellulaire, l'induction de l'apoptose, les processus de tolérance aux dommages et les multiples voies de réparation de l'ADN (Figure 1) (Giglia-Mari et al., 2011 Tian et al., 2015).

FIGURE 1. Réponse aux dommages de l'ADN. Les dommages à l'ADN sont causés par des espèces d'oxygène (ROS) d'agents endogènes ou par des agents exogènes tels que la lumière UV, les rayonnements ionisants (IR) et les agents de chimiothérapie. La réponse aux dommages à l'ADN (DDR) est induite pour traiter les lésions, y compris la transduction du signal, la régulation transcriptionnelle, les points de contrôle du cycle cellulaire, l'induction de l'apoptose, les multiples voies de réparation de l'ADN ainsi que les processus de tolérance aux dommages. Les voies de réparation de l'ADN comprennent les voies de réparation de l'ADN nucléaire et mitochondrial. La réparation directe, le BER, le MMR et la réparation recombinée (HR et NHEJ) existent dans les systèmes de réparation nucléaire et mitochondrial. Le NER n'a été rapporté que dans le noyau et l'existence de la voie TLS dans les mitochondries est inconnue. NDNA, ADN nucléaire MtDNA, ADN mitochondrial BER, réparation par excision de base HR, réparation par recombinaison homologue NHEJ, jonction d'extrémités non homologues MMR, réparation des mésappariements TLS, synthèse de translésion NER, réparation par excision de nucléotides.

Dans les cellules de mammifères, les deux principaux organites contenant de l'ADN sont le noyau et les mitochondries. Les systèmes de réparation de l'ADN nucléaire (ADNn) sont divisés en les voies principales suivantes : 1) l'inversion directe, qui répare principalement la lésion induite par les agents alkylants, 2) la réparation par excision de base (BER), visant les cassures de l'ADN (SSB) et non volumineuses bases d'ADN altérées, 3) réparation par excision de nucléotides (NER), correction des lésions volumineuses de l'ADN déformant l'hélice, 4) réparation des mésappariements (MMR), réparation des boucles d'insertion/délétion (IDL) et des mésappariements base-base, 5) réparation par recombinaison, qui est en outre divisé en réparation par recombinaison homologue (HRR) et jonction d'extrémité non homologue (NHEJ), fonctionnant principalement au niveau des cassures double brin de l'ADN, 6) jonction d'extrémité non homologue alternative (alt-NHEJ, MMEJ), impliquée dans la réparation des DSB, 7 ) la synthèse par translésion (TLS), qui est plus susceptible d'être un mécanisme de tolérance aux dommages de l'ADN (Jackson et Bartek, 2009 Hosoya et Miyagawa, 2014). Les voies de réparation de l'ADN mitochondrial (ADNmt), y compris l'inversion directe, BER, MMR, TLS et la réparation des cassures double brin (DSBR), peuvent réparer l'ADN endommagé pour maintenir l'intégrité génétique des mitochondries, protéger l'ADNmt contre les dommages oxydatifs et favoriser la survie cellulaire (Ohta , 2006 Saki et Prakash, 2017).


Système de réparation de l'ADN (avec diagramme) | Mutation

Les inhibiteurs de pyrimidine (induits par les rayons UV) peuvent être à nouveau monomérisés par des photolyases d'ADN en présence de lumière visible. Le clivage du cycle cyclobutane des dimères de pyri­midine par des photolyases d'ADN restaure la structure originale de l'ADN (Fig. 13.15A). Les photolyases ont des chromophores qui absorbent la lumière bleue pour fournir de l'énergie à la réaction.

La photo-réactivation est spécifique aux dimères de pyrimidine et constitue un exemple d'inversion directe et est sans erreur.

L'effet mutagène des agents alkylants est protégé par l'inversion directe offerte par l'enzyme alkyltransférase. Cette protéine inductible supprime spécifiquement un groupe alkyle de la position O 6 de la guanine et le transfère à la protéine elle-même, provoquant l'inactivation de la protéine (Fig. 13.15B).

Type 2. Réparation par excision :

Dans la réparation par excision de nucléotides, une endonucléase fait des entailles de chaque côté de la lésion, qui est ensuite retirée pour laisser un espace. Cette lacune est comblée par une ADN poly­merase, et l'ADN ligase crée la liaison phosphodiester finale (Fig. 13.16A). Dans la réparation par excision de base, la lésion est éliminée par une ADN glycosylase spécifique.

Le site AP résultant est clivé et étendu jusqu'à une brèche par une endonucléase AP plus exonucléase. Par la suite, le processus ressemble à une réparation par excision de nucléotides (Fig. 13.16B).

Tapez # 3. Réparation d'incompatibilité :

Les erreurs de réplication qui échappent à la relecture ont une incompatibilité dans le brin fille. L'hémiméthylation de l'ADN après réplication permet de distinguer le brin fille du brin parental. La base dépareillée est retirée du brin fille par un mécanisme de réparation par excision (Fig. 13.17).

Tapez # 4. Réparation de rupture de double brin :

Les cassures double brin sont réparées simplement en rapprochant les extrémités appelées jonctions d'extrémités non homologues. Ceci est accompli par l'ADN ligase sous la direction d'un complexe protéique à plusieurs composants (Fig. 13.18). Le mécanisme de réparation alternatif repose sur des séquences nucléotidiques d'un morceau d'ADN homozylogue, comme la chromatide sœur ou le chromosome homologue, appelée recombinaison dirigée par homologie.

Tapez # 5. Réparation SOS :

La réponse SOS est initiée par l'interaction de la protéine Rec A avec le repres­sor de Lex A. Les dommages activent la protéine Rec A qui provoque la dégradation protéolytique de la protéine Lex A. Ainsi, tous les opérons auxquels Lex A est lié sont induits (Fig. 13.19). Cela peut inclure un certain nombre de gènes avec une boîte SOS codant pour les enzymes de réparation. Cela facilite une capacité accrue à réparer les dommages à l'ADN.


Les virus simple brin présentent des taux de mutation plus élevés que les virus double brin

Les virus à ADN simple brin ont tendance à muter plus rapidement que les virus à ADN double brin, bien que cette différence soit basée sur des travaux avec des bactériophages, car aucune estimation du taux de mutation n'a été obtenue pour les virus à ADN simple brin eucaryotes [1]. Au sein des virus à ARN, il n'y a pas de différences évidentes dans le taux de mutation entre les classes de Baltimore (Fig.  2 a). Les mécanismes sous-jacents à ces différences ne sont pas bien compris. Une explication possible des différences entre les virus simple brin et double brin est que les acides nucléiques simple brin sont plus sujets à la désamination oxydative et à d'autres types de dommages chimiques. Des niveaux élevés d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) et d'autres métabolites cellulaires au cours d'infections virales peuvent induire des mutations dans la cellule hôte et dans le virus. Par exemple, l'éthanol est susceptible d'agir en synergie avec le stress oxydatif induit par le virus pour augmenter le taux de mutation du VHC [21]. Les différences entre les virus à ADN simple et double brin peuvent également s'expliquer en termes d'accès à la réparation post-réplicative. Les travaux avec le bactériophage ϕX174 ont fourni des indices intéressants sur cette question. Chez les entérobactéries, la réparation des mésappariements dirigée par le méthyle (MMR) est effectuée par les protéines MutHLS et la méthylase Dam. La méthylation dam des motifs de séquence GATC est utilisée pour différencier les brins d'ADN matrice et fille et est donc nécessaire pour effectuer la correction des mésappariements [22]. Les mésappariements sont reconnus par MutS, qui interagit avec MutL et conduit à l'activation de l'endonucléase MutH, qui excise le brin fille. Cependant, le génome du bactériophage ϕX174 n'a pas de motifs de séquence GATC, même si environ 20 de ces sites sont attendus par hasard. En conséquence, l'ADN ϕX174 ne peut pas subir le ROR. Ceci contribue à expliquer le taux de mutation relativement élevé de ce virus, qui tombe de l'ordre de 10 𢄦  s/n/c, une valeur trois ordres de grandeur supérieure à celle de Escherichia coli et le plus élevé parmi les virus à ADN [23]. L'évitement des motifs GATC peut être une conséquence de la sélection agissant sur le taux de mutation, mais aussi d'autres facteurs sélectifs. Par exemple, une méthylation inefficace de l'ADN du phage peut le rendre sensible au clivage par MutH, imposant ainsi une pression de sélection contre les motifs de séquence GATC [24].

Contrairement au bactériophage ϕX174, le lien entre la réparation post-réplicative et le taux de mutation n'est toujours pas clair dans les virus eucaryotes. De nombreuses études ont montré que les virus interagissent avec les voies de réponse aux dommages à l'ADN (DDR) en modifiant la localisation ou en favorisant la dégradation des composants DDR [25, 26]. Par exemple, la protéine adénovirale E4orf6 favorise la dégradation protéasomale de TOPBP1, un composant DDR [27]. L'activation de la DDR peut se produire comme conséquence indirecte du stress cellulaire dû à l'infection en soi ou dans le cadre d'une réponse antivirale, qui serait à son tour contrecarrée par des virus. Bien que les virus à ADN aient tendance à favoriser l'instabilité génomique dans la cellule hôte, il reste à montrer si le dérèglement DDR peut déterminer les taux de mutation des virus à ADN.


Résumé

Les espèces réactives de l'oxygène sont une menace constante pour l'ADN car elles modifient les bases avec le risque de perturber la fonction du génome, induisant une instabilité et une mutation du génome. De tels risques sont dus aux dommages oxydatifs primaires de l'ADN et également médiés par le processus de réparation. Cela conduit à un processus de décision délicat pour la cellule quant à savoir si elle doit réparer une base endommagée à un emplacement génomique spécifique ou mieux la laisser non réparée. Les dommages persistants à l'ADN peuvent perturber la fonction du génome, mais d'un autre côté, ils peuvent également contribuer à la régulation des gènes en servant de marque épigénétique. Lorsque de tels processus sont déséquilibrés, les conditions physiopathologiques pourraient s'accélérer, car les dommages oxydatifs à l'ADN et les processus mutagènes qui en résultent sont étroitement liés au vieillissement, à l'inflammation et au développement de plusieurs maladies liées à l'âge, telles que le cancer et les troubles neurodégénératifs.

Des avancées technologiques récentes et de nouvelles stratégies d'analyse de données ont révélé que les dommages oxydatifs à l'ADN, sa réparation et les mutations associées se répartissent de manière hétérogène sur le génome à plusieurs niveaux de résolution. Les mécanismes impliqués agissent dans le contexte de la séquence du génome, en interaction avec la fonction du génome et la chromatine.

Cette revue porte sur ce que nous savons actuellement sur la distribution du génome des dommages oxydatifs à l'ADN, des intermédiaires de réparation et des mutations. Il se concentrera spécifiquement sur les différentes méthodologies pour mesurer la distribution des dommages oxydatifs à l'ADN et discutera des conclusions mécanistiques dérivées des différentes approches. Il abordera également les conséquences des dommages oxydatifs à l'ADN, en particulier la manière dont il provoque des mutations, l'instabilité du génome et comment il peut agir comme une marque épigénétique.


Détection et immunité des acides nucléiques - Partie B

Résumé

La réparation de l'ADN est un processus cellulaire essentiel requis pour le maintien de l'intégrité génomique. Il est maintenant bien connu que les cellules utilisent plusieurs voies de réparation de l'ADN pour prendre en charge des types distincts de dommages à l'ADN. Il est également bien connu qu'une cascade de signaux, à savoir la réponse aux dommages à l'ADN ou DDR, est activée en réponse aux dommages à l'ADN qui comprennent des réponses cellulaires, telles que l'arrêt du cycle cellulaire, la réparation de l'ADN et la mort cellulaire, si les dommages sont irréparables. Il existe également une littérature émergente suggérant une interférence entre la signalisation des dommages à l'ADN et plusieurs réseaux de signalisation au sein d'une cellule. De plus, les acteurs de la mort cellulaire eux-mêmes sont également bien connus pour s'engager dans des processus en dehors de leur fonction canonique d'apoptose. Ce chapitre tente d'établir un lien entre les dommages à l'ADN, la DDR et la signalisation à partir des études menées principalement chez les mammifères et Drosophile systèmes modèles, en mettant particulièrement l'accent sur leur pertinence dans l'homéostasie et le développement global des tissus.


7.S : Mutation et réparation de l'ADN (Résumé) - Biologie

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Mécanisme de réparation des mésappariements de l'ADN

Le système de réparation des mésappariements procaryotes et eucaryotes suit la même voie pour récupérer l'ADN mésapparié :

Reconnaissance de non-concordance

  • Dans le ROR procaryote : Le MutS complexe protéique détecte la lésion de l'ADN et se combine avec un ATP molécule et s'active.
  • Dans le ROR eucaryote : Le MSH Le complexe protéique reconnaît les bases non appariées dans un brin d'ADN et est activé par une molécule d'ATP.

Recrutement de protéines apparentées

  • Dans le ROR procaryote : le complexe ATP-MutS activé recrute MutL (agit comme une protéine porteuse). Ensuite, le complexe MutS et MutL active le MutH complexe. MutS, MutL et MutH forment le complexe ternaire, qui charge l'ADN hélicase-II ou Enzyme UvrD sur le site de la lésion de l'ADN.
  • Chez les eucaryotes MMR : le complexe ATP-MSH activé recrute PCNA et polymérase-δ. Ensuite, un changement de conformation dépendant de l'ATP se produit dans la pince mobile. Les changements de conformation recrutent la liaison du MutLa complexe. Le PCNA (Proliferating cell Nuclear Antigens) active la MutLa complexe et crée une entaille dans un brin fille.

Excision et remplacement

  • Dans le ROR procaryote : Exonucléase-I est activé par la protéine MutSa, qui élimine les bases mal appariées. Ensuite, la protéine RDA déplace la base mésappariée. MutSa et MutLa terminent l'activité exonucléase-I.
  • Dans le ROR eucaryote : Le MutLa complexe favorise la digestion des bases mésappariées par l'activité exonucléase-I avec l'association de RPA (Protéine de réplication de reconnaissance A).

Combler les lacunes

  • Dans le ROR procaryote : Le ADN polymérase III, par son activité 5'-3', forme de nouvelles bases. Protéines de liaison simple brin (BLU) se lient également au nouveau brin d'ADN et empêche le nouvel ADN de devenir double brin. Finalement, ADN ligase comble les lacunes du brin d'ADN.
  • Dans le ROR eucaryote : Le RFC L'enzyme (facteur de réplication-C) joue un rôle important dans la synthèse de nouvelles bases d'ADN. L'enzyme facteur de réplication-C se fixe au site d'amorce 3' et active l'activité de l'ADN polymérase pour former de nouvelles bases. Protéines de liaison simple brin (BLU) empêche le nouvel ADN de devenir double brin. Finalement, ADN ligase comble le vide dans le brin d'ADN.

Types de réparation des mésappariements de l'ADN

La réparation des mésappariements est généralement de deux types, à savoir :


Réparation des mésappariements procaryotes

Il se compose de quatre éléments essentiels :

  1. MutS: C'est le complexe protéique le plus crucial dont la fonction est de reconnaître les bases mésappariées dans l'ADN. Le complexe protéique MutS est la première enzyme qui initie le processus de MMR en reconnaissant les séquences non spécifiques dans l'ADN. Il se compose de deux sites spécifiques qui sont stériquement loin les uns des autres, car les deux peuvent affecter la fonction de l'autre.
    • site de liaison à l'ADN: Il aide à associer le complexe protéique MutS au site de la lésion de l'ADN.
    • ATPase ou Site de dimérisation: Il apporte des changements de conformation dans la protéine MutS.
  2. MutL: Il agit comme un "intermédiaireprotéine», qui lie la protéine MutS et l'enzyme endonucléase. Ainsi, il est associé à la deux activités (reconnaissance et excision des bases non appariées). Premièrement, MutL se lie au MutS activé et active finalement l'enzyme endonucléase, c'est-à-dire MutH. MutL remplit une autre fonction en recrutant et Chargement en cours enzyme hélicase (UvrD) au site d'ADN mésapparié.
  3. MutH: Il appartient au type II Famille de endonucléases de restriction. MutH crée une entaille dans l'hémiméthylé site GATC. MutS, MutL et une molécule d'ATP déclenchent l'activité MutH-endonucléase. La protéine MutH consiste également en un C-terminal qui fonctionne comme un site d'attachement moléculaire où les deux autres enzymes (MutS et MutL) communiquent et stimulent l'activité MutH.
  4. UvrD: Il fait référence au «ADN hélicase II” complexe enzymatique, qui fonctionne pour se détendre le site de la lésion de l'ADN. MutL aide à charger la protéine UvrD au niveau du site non apparié et stimule l'activité hélicase intrinsèque d'une enzyme UvrD. Les protéines SSB et UvrD pénètrent dans l'ADN ss via une entaille créée par le complexe MutH.
  5. Exonucléases spécifiques à l'ADN: Les enzymes exonucléases comme Exo-I, Exo-X et 5'-3' exonucléase effectuent excision de l'ADN nouvellement formé entre l'entaille et le mésappariement.

Réparation de mésappariement eucaryote

Il se compose des éléments suivants :

  1. protéine MSH: Il montre une homologie avec le MutS enzyme du MMR procaryote. Chez les levures et les mammifères, on trouve des complexes protéiques MSH2 à MSH6. L'enzyme MSH est un hétérodimère complexe protéique, qui se compose de deux domaines :
    • MutSa: Il contient deux types de sous-unités, à savoir, MSH2 et MSH6. MSH2 contribue à 80-90% du niveau cellulaire. MSH6 reconnaît les bases mésappariées, en particulier les mésappariements base-base et les boucles d'insertion/suppression.
    • MutSb: Il contient deux types de sous-unités, à savoir, MSH2 et MSH3. Il répare principalement les désappariements d'insertion/suppression.
  2. protéine MLH: il ressemble à un MutL enzyme du MMR procaryote. La protéine MLH se compose de quatre protéines hautement conservées (MLH1, MLH3, PMS1 et PMS2) chez les levures et les mammifères. Il agit également comme un hétérodimère complexe protéique et se compose de trois sous-unités :
    • MutLa: Il se compose de deux sous-unités MLH1, PMS2. MutLa se coordonne avec le complexe Mut-S pour réparer les dégâts.
    • MutLb: Il se compose de deux sous-unités, MLH1, PMS 1. Les fonctions MutLb ne sont pas connues. : Il se compose de deux sous-unités MLH1, MLH3. MutLg répare un dommage de boucle d'insertion ou de suppression.
  3. Protéines accessoires: Il comprend des enzymes telles que PCNA (antigènes nucléaires de cellules proliférantes), la protéine de réplication de reconnaissance A (RPA), le facteur de réplication C (RPC), l'exonucléase-I de liaison, etc.

Rôle fonctionnel

La réparation des mésappariements de l'ADN implique un mécanisme simple d'excision des bases mésappariées avec 3 000 paires de bases. Outre l'excision de bases incompatibles, il remplit également d'autres fonctions, selon une étude récente.

Les protéines MMR réparent la réparation post-réplication de l'ADN mésapparié. D'autres fonctions telles que la promotion du croisement méiotique, la réponse aux dommages à l'ADN et la diversification des immunoglobulines. Suppression de la recombinaison homologue par activité antirecombinatoire entre séquences divergentes.