7.1:

7.1: Aperçu de la réparation de l’ADN

Overview of DNA Repair

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Overview of DNA Repair

7.2: Base Excision Repair

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November 23, 2020

Overview

Pour être transmis de génération en génération, l’ADN génomique doit être intact et exempt d’erreurs. Cependant, chaque jour, l’ADN d’une cellule subit plusieurs milliers à un million d’événements dommageables dus à des causes naturelles et à des facteurs externes. Les rayonnements ionisants tels que les rayons UV, les radicaux libres produits pendant la respiration cellulaire et les dommages hydrolytiques dus aux réactions métaboliques peuvent altérer la structure de l’ADN. Les dommages causés comprennent l’altération d’une seule base, la dimérisation des bases, les ruptures de chaîne et la réticulation.

L’ADN génomique modifié chimiquement peut provoquer des erreurs lors de la transcription et de la traduction en protéines. Si l’ADN endommagé n’est pas réparé avant la division cellulaire, les mutations génomiques peuvent être transférées aux prochaines générations de cellules. Certaines de ces mutations peuvent entraîner une croissance cellulaire incontrôlée qui se développe en cancer.

La cellule a développé des systèmes robustes pour détecter et réparer les dommages à l’ADN. Ces derniers peuvent être réparés par des enzymes qui peuvent directement inverser le changement chimique en une seule réaction. Par exemple, l’enzyme photolyase utilise le rayonnement UV pour diviser les dimères de thymine en ouvrant la fraction cyclobutane qui maintient le dimère de thymine ensemble.

D’autres formes de réparation suivent un processus en plusieurs étapes dans lequel

Des modifications chimiques dans l’ADN sont détectées
La base ou la région endommagée est supprimée
Un nouvel ADN est synthétisé

Si les dommages sont irréparables, la cellule peut soit devenir sénescente, soit subir une apoptose. La sénescence est un état dans lequel la cellule devient irréversiblement dormante, c’est-à-dire qu’elle ne peut plus subir de division cellulaire et que son cycle cellulaire est interrompu indéfiniment. L’apoptose fait référence à la mort cellulaire programmée, où des protéines appelées caspases dégradent les composants cellulaires nécessaires à la survie des cellules. Ceci est suivi par la digestion de l’ADN par les DNases, ce qui entraîne une diminution de la taille de la cellule et la transmission de signaux à un groupe de globules blancs appelés macrophages, qui engloutissent et éliminent les débris cellulaires.

Transcript

En tant que dépositaire de toutes les informations génétiques, l’ADN est très stable.

Cependant, comme toute molécule organique, elle est sensible à une variété de changements qui modifient sa chimie de base, notamment la chaleur, le rayonnement et l’oxydation par les radicaux libres produits lors de la respiration cellulaire.

L’eau est également présente en abondance dans la cellule, ce qui peut causer des dommages hydrolytiques. Il existe deux types de réactions hydrolytiques qui endommagent spontanément les bases de l’ADN dans des conditions physiologiques.

La première, la désamination, affecte les bases pyrimidine telles que la cytosine, et est définie par la perte d’un groupe amino en présence d’eau qui convertit la base en uracile. La seconde est la dépurination, qui est la perte de bases puriques en raison du clivage de la liaison entre la base et le désoxyribose – laissant un site apurinique dans l’ADN.

Ces différents types de dommages entraînent des mutations aléatoires, qui peuvent être très nocives, provoquant l’instabilité du génome, la mort cellulaire ou des cancers, entre autres conditions. Heureusement, seules quelques-unes de ces mutations sont conservées lors de la réplication de l’ADN en raison des mécanismes de réparation très efficaces de la cellule.

La structure double brin de l’ADN elle-même est particulièrement adaptée à la réparation car elle contient deux copies distinctes de l’information génétique dans ses deux brins. Cela signifie que, lorsqu’un brin est endommagé, le brin complémentaire peut être utilisé comme matrice pour restaurer la séquence nucléotidique correcte.

Il existe trois mécanismes courants de réparation de l’ADN. La première, la réparation par excision de base, se concentre sur la réparation des dommages endogènes à l’ADN, tels que les dommages hydrolytiques entraînant une désamination ou une dépuration. La réparation par excision de nucléotides peut réparer les dommages causés par la lumière ultraviolette ou certains cancérogènes chimiques, et enfin, la réparation par mésappariement corrige l’incorporation défectueuse de bases par l’ADN polymérase pendant la réplication, ce qui conduit à un appariement incorrect des bases.

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Réparation de l’ADN Information génétique ADN stable Modifications des molécules organiques Dommages causés par la chaleur Dommages causés par les radiations Dommages par oxydation Dommages hydrolytiques Désamination Dépuration Mutations aléatoires Instabilité du génome Mort cellulaire Cancers Réplication de l’ADN Mécanismes de réparation Structure de l’ADN double brin Restauration de matrice Séquence nucléotidique