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7.6:

Réparer les cassures double brin

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Molecular Biology
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Fixing Double-strand Breaks

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When both strands of DNA are damaged, there is no intact template left for accurate repair but if left unrepaired, this scenario can lead to cell death.  There are two mechanisms to repair double-strand breaks. The first type, non-homologous end joining, permits joining of ends even if there is no sequence similarity between them – and takes place before DNA duplication when the DNA needs quick repair.  In mammalian cells, this is carried out by the DNA end-binding heterodimeric protein Ku which forms a complex with the catalytic subunits of DNA-dependent protein kinase.  This complex holds the broken chromosome ends in place while a DNA polymerase inserts nucleotides to bridge the gap between these ends. Next, DNA ligase IV forms a complex with its cofactor XRCC and another protein called XLF, and rejoins and seals these ends. Quick fixes like these can lead to mutations at the repair site, or genomic rearrangements including deletions, translocations of genetic material, and fusions which may result in chromosomes with two centromeres, or lacking centromeres altogether.  Mutations are widespread, and human somatic cells can tolerate as many as 2000 of these. Genomic rearrangements, on the other hand, are rare – but can be found in cancerous cells.  Most DNA double-strand breaks lead to single-stranded overhangs and the second repair type, homologous recombination, fixes these breaks. This form of recombination is much more accurate than non-homologous end joining and requires DNA from a sister chromatid as a template– so it typically occurs after gene duplication during cell division.

7.6:

Réparer les cassures double brin

La structure double brin de l’ADN présente deux avantages majeurs. Premièrement, elle sert de référentiel sûr d’informations génétiques où un brin sert de sauvegarde au cas où l’autre brin serait endommagé. Deuxièmement, la double hélice structure peut être enroulée autour de protéines appelées histones pour former des nucléosomes, qui peuvent ensuite être étroitement enroulés pour former des chromosomes. De cette façon, des chaînes d’ADN jusqu’à 2 pouces de long peuvent être contenues dans des structures microscopiques dans une cellule. Une rupture double brin endommage non seulement à la fois des copies de l’information génétique mais perturbe également la continuité de l’ADN, fragilisant le chromosome.

Dans une cellule, il y a environ dix cassures double brin (DSB) par jour. La principale source de dommages sont les sous-produits métaboliques tels que les espèces réactives de l’oxygène et les facteurs environnementaux tels que les rayonnements ionisants. Bien que moins courants, des enzymes nucléaires défectueuses peuvent également provoquer des DSB. L’échec d’enzymes comme les topoisomérases de type II, qui coupent les deux brins d’ADN et les rejoignent tout en démêlant les chromosomes, peut entraîner par inadvertance des DSB. Le stress mécanique sur le duplex d’ADN peut également conduire à des DSB. Chez les procaryotes, une dessiccation prolongée sollicite l’ADN, provoquant des DSB.

Des deux mécanismes de réparation de l’ADN, la recombinaison homologue dépend de la proximité d’une chromatide sœur, ce qui se produit pendant les phases S et G2. En raison de cette restriction, en l’absence de donneur d’homologie, les cellules doivent recourir à la jonction d’extrémités non homologues (NHEJ), même si elle est beaucoup moins précise. Il a été émis l’hypothèse que la raison pour laquelle les eucaryotes supérieurs peuvent se permettre d’utiliser préférentiellement NHEJ pour les réparations DSB est qu’ils ont un ADN non codant abondant, ce qui permet des substitutions, des suppressions ou des ajouts de nucléotides sans conséquences graves.

Suggested Reading

  1. Featherstone, Carol, and Stephen P. Jackson. "DNA double-strand break repair." Current Biology 9, no. 20 (1999): R759-R761.