13.2:

13.2: Erreurs de copies du génome

Genome Copying Errors

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Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Genome Copying Errors

13.1: Evolutionary Relationships through Genome Comparisons

13.3: Phylogenetic Trees

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02:46 min

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April 07, 2021

Overview

DNA replication is a well-evolved process that copies millions of base pairs with high fidelity during each cell division. Occasionally a wrong base or a long stretch of wrong bases may get added to the daughter strands. If the errors are left unchecked, cells might accumulate several mutations that might endanger their survival. Therefore, the copying errors are checked and repaired at three levels.

Proofreading – DNA polymerase enzymes, for example, introduce 1 incorrect nucleotide per 100,000 bases. These errors are detected and rectified during the DNA replication itself by DNA polymerase enzymes. These enzymes possess 3'→5' exonuclease activity that excises the incorrect base from the daughter strand and replaces it with the correct nucleotide.
Mismatch repair – DNA repair enzymes repair the wrong bases or point mutations in the DNA post replication but before mitosis.
DNA damage repair pathways – DNA is also prone to physical or chemical damage caused by mutagens. DNA damage repair mechanisms operate throughout the cell cycle and can repair point mutations and large-scale genome rearrangements. If the DNA damage is severe, the repair pathway will block cell cycle progression and initiate apoptosis.

In addition to errors during DNA replication, mutations can also be caused by mobile genetic elements called transposons. They are small DNA repeat elements that can jump from one place to another on the DNA strand and disrupt the gene functions at their site of insertion. They can also cause inversions, gene duplication, or create novel genes. Transposons are of two major types: DNA transposons, which transpose directly as DNA, and RNA or retrotransposons, which transpose via an RNA intermediate. Some of these transposons result in target site duplication during their insertion at the new site on the chromosome. Such duplications at the target site can result in gene duplication, which may harm the cell function.

Transcript

Chaque fois qu’une cellule humaine se divise, les enzymes de l’ADN polymérase copient plus de 3 milliards de paires de bases avec une grande fidélité, pour être transmises aux cellules filles.

Cependant, en raison du volume considérable d’informations dupliquées, l’ADN polymérase fait parfois des erreurs lors de la copie. Par exemple, une base incorrecte peut être ajoutée au brin nouvellement synthétisé, comme une cytosine au lieu de la thymine.

Dans certains cas, de tels changements peuvent être nocifs, comme le changement d’un seul nucléotide de GAG à GTG dans le gène de la bêta-hémoglobine qui provoque des globules rouges en forme de faucille. Cela réduit la capacité de transport d’oxygène des globules rouges, ce qui entraîne une anémie falciforme.

Des bases supplémentaires peuvent également être ajoutées ou supprimées des gènes. De telles mutations sont collectivement appelées indels. Dans la mucoviscidose, une seule base ajoutée ou supprimée dans le gène CFTR peut déplacer le cadre de lecture de sorte que le gène code pour une protéine défectueuse. Cette protéine ne peut pas transporter les ions chlorure hors des cellules épithéliales pulmonaires, ce qui entraîne l’accumulation de mucus épais et collant, ce qui augmente le risque d’infection pulmonaire.

Heureusement, ces erreurs de copie se produisent à basse fréquence – environ 1 erreur pour 100 000 bases.

De plus, la majorité de ces erreurs sont corrigées pendant la réplication par l’activité de relecture des enzymes de l’ADN polymérase avant de pouvoir être transmises aux cellules filles, ou sont corrigées après la réplication par les enzymes de réparation de l’ADN. Néanmoins, dans de rares cas, les erreurs peuvent échapper au processus de réparation et se transmettre à la génération suivante.

Cependant, toutes les mutations ne sont pas nocives pour l’organisme ; la plupart des mutations sont neutres et certaines peuvent conférer des avantages en termes de survie.

La résistance aux antibiotiques est un trait bénéfique qui peut survenir par mutation.

Par exemple, l’antibiotique fluoroquinolone se lie à une enzyme bactérienne appelée ADN gyrase et inhibe la croissance bactérienne. Cependant, lorsque les gènes codant pour l’enzyme ADN gyrase accumulent des substitutions de bases aléatoires, il en résulte une version mutée de l’enzyme. L’antibiotique ne peut plus se lier à cette enzyme mutée, ce qui conduit à la survie et à la croissance des bactéries, même en présence d’antibiotiques.

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