Fiche de révision : Bases moléculaires de la génotoxicité

📋 Plan du Cours

1. Expositions et enjeux génotoxiques
2. Structure et lésions de l’ADN
3. Origine des lésions endogènes
4. Agents génotoxiques exogènes
5. Lésions et cancérogenèse
6. Principes de réparation de l’ADN
7. Voies spécialisées de réparation
8. Synthèse translésionnelle et exploration
9. Signatures moléculaires des agents

📖 1. Expositions et enjeux génotoxiques

★ À maîtriser

• Les principales catégories de molécules d’usage courant sont:

  • médicaments
  • additifs alimentaires
  • fertilisants
  • pesticides
  • métaux
  • solvants
  • produits de combustion

• Entre 5 et 10 % des 60 000 molécules d’usage courant peuvent présenter une interaction avec l’ADN.

• L’être humain est exposé aux rayonnements ionisants, aux rayonnements non ionisants comme les UVB et les UVA, ainsi qu’aux ultrasons.

Compléments

• Au cours des 50 premières années de sa vie, un être humain respire environ 250 000 m³ d’air, consomme plus de 15 tonnes de matière sèche et utilise environ 750 000 litres d’eau.

💡 Astuce mémo

Multi-exposition → interactions avec l’ADN → génotoxicité

📖 2. Structure et lésions de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Lésion de l’ADN : Modification transitoire, accidentelle ou provoquée, entraînant une anomalie de sa structure chimique ou physique.

📝 Points essentiels

• La longueur de l’ADN humain déroulé atteint environ 1,20 m, alors que l’ADN des cellules eucaryotes est compacté sous forme de chromatine.

• Le génome humain diploïde contient environ 6 × 10⁹ paires de bases et environ 25 000 gènes, tandis qu’environ 2 % de l’ADN est transcrit en ARNm.

📌 Une lésion non réparée avant la réplication peut entraîner l’insertion d’une base erronée en face de la lésion et devenir une mutation, c’est-à-dire une modification définitive héréditaire.

• Les deux grandes familles de lésions sont: les cassures simple brin et double brin, les altérations de bases par oxydation, les altérations de bases par alkylation, les dimères de pyrimidine, les adduits par agents intercalants

💡 Astuce mémo

Lésion transitoire ≠ mutation héréditaire

📖 3. Origine des lésions endogènes

★ À maîtriser

• La désamination de la cytosine produit de l’uracile avec un risque de transition C→T, celle de l’adénine produit de l’hypoxanthine avec un risque de transition A→G, et celle de la guanine produit de la xanthine, une lésion bloquante.

• La désamination de la 5-méthylcytosine produit de la thymine, qui n’est pas reconnue par les protéines de réparation.

• Les cellules de mammifères subissent environ 10 000 pertes de bases formant des sites apuriniques par cellule et par 24 heures, et ces lésions conduisent plus souvent à une délétion qu’à une mutation ponctuelle.

Compléments

• Au pH physiologique, les formes cétones de la thymine et de la guanine prédominent, tandis qu’une variation locale du pH peut favoriser leur forme alcool et modifier les appariements.

💡 Astuce mémo

Tautomérisation → désamination → perte de base → oxydation

📖 4. Agents génotoxiques exogènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Agent alkylant : Composé électrophile qui réagit avec les centres nucléophiles des bases et forme des liaisons covalentes avec celles-ci.

★ À maîtriser

• Les alkylants bifonctionnels possèdent deux groupements fonctionnels et forment surtout des pontages entre deux bases, comme les moutardes azotées et le cyclophosphamide.

• Les principaux hydrocarbures polycycliques aromatiques cités sont:

  • le benzo(a)pyrène
  • le benzanthracène
  • le méthylcholanthrène

• Les principales lésions induites par les UV sont:

  • les bases oxydées
  • les cassures de brins
  • les dimères cyclobutaniques de pyrimidines
  • les photoproduits (6-4) pyrimidine-pyrimidone
  • les photoproduits de Dewar

Compléments

• Le cyclophosphamide est un anticancéreux très cytotoxique et peu sélectif qui provoque une alkylation de N7 de la guanine sur les deux brins et agit comme agent pontant.

📖 5. Lésions et cancérogenèse

📝 Points essentiels

• 🔄 Les étapes de la cancérogenèse sont:

  1. initiation
  2. promotion
  3. progression
  4. métastase

• Les lésions peuvent induire des mutations dans des gènes cibles, notamment les proto-oncogènes, les oncogènes et les gènes suppresseurs de tumeur.

• 🔄 Les issues possibles d’une lésion sont: reconnaissance et réparation fidèle, réparation infidèle et mutation, absence de reconnaissance ou d’arrêt de réplication, apoptose ou effet létal

💡 Astuce mémo

Initiation → promotion → progression → métastase

📖 6. Principes de réparation de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Réversion du dommage : Réparation réalisée directement sur la lésion, sans excision préalable de la portion d’ADN atteinte.

★ À maîtriser

• L’arrêt du cycle cellulaire par les protéines de checkpoint G1/S, S et G2/M permet à la cellule d’éliminer ses lésions avant de dupliquer son ADN.

Compléments

• La photolyase est une enzyme photoactivable, tandis que l’AGT transfère le groupement alkyle sur un résidu cystéine de la protéine, qui devient inactive puis est dégradée après ubiquitinylation.

💡 Astuce mémo

Réparation fidèle → survie ; réparation infidèle → mutation

📖 7. Voies spécialisées de réparation

★ À maîtriser

• La BER reconnaît une base anormale par une glycosylase, ouvre le site endommagé, insère un ou plusieurs nucléotides puis ligature le brin réparé.

• La voie courte de la BER, dépendante de Polβ, insère un seul nucléotide et représente environ 75 à 90 % des réparations par BER dans les cellules humaines.

• La NER reconnaît la lésion avec XPC-RAD23B, ouvre l’ADN grâce à XPB et XPD, incise de part et d’autre de la lésion avec XPF-ERCC1 et XPG, puis resynthétise et ligature le brin.

• Chez Escherichia coli, la réparation des mésappariements implique principalement MutS et MutL : MutS reconnaît la distorsion, MutL forme le complexe, puis MutH coupe le brin néoformé non méthylé.

📌 Chez l’humain, MutSα, formé de MSH2 et MSH6, reconnaît les mésappariements et les insertions-délétions de 1 à 2 nucléotides, tandis que MutSβ, formé de MSH2 et MSH3, reconnaît les insertions-délétions de plus de 2 nucléotides.

📌 La recombinaison homologue répare les cassures double brin pendant la phase S en utilisant la chromatide sœur comme support, tandis que la ligature des extrémités non homologues fonctionne dans les cellules en division ou non.

Compléments

• La voie longue implique notamment:
  • Polδ
  • Polε
  • PCNA
  • RFC
  • FEN-1
  • une ligase

📌 La réparation couplée à la transcription débute par l’arrêt de l’ARN polymérase sur le brin transcrit et recrute CSA et CSB, tandis que la réparation globale du génome reconnaît directement les lésions par XPC-RAD23B.

• Lors de la recombinaison homologue, MRN reconnaît la cassure, les extrémités sont résectées, RPA stabilise l’ADN simple brin, RAD51 remplace RPA sous l’action de RAD52 et BRCA2, puis l’ADN est copié à partir de la chromatide sœur.

• Lors de la NHEJ, Ku70/Ku80 reconnaît les extrémités, DNA-PKcs est recrutée et s’autophosphoryle, les extrémités sont rendues jointives, puis XRCC4-LIG4 et XLF-Cernunnos les ligaturent.

📖 8. Synthèse translésionnelle et exploration

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse translésionnelle : Mécanisme de contournement d’une lésion pendant la réplication par le basculement de la polymérase de réplication vers une polymérase de TLS.

★ À maîtriser

📌 La synthèse translésionnelle peut être sans erreur ou mutagène selon le type de lésion, le contexte de séquence et la polymérase de TLS recrutée.

📌 L’analyse sur plasmide est simple mais peu représentative des cellules eucaryotes, tandis que l’analyse sur ADN génomique est délicate mais représentative de ces cellules.

Compléments

• Chez les eucaryotes, le recrutement des polymérases de TLS est réalisé par la machinerie de réplication, notamment par PCNA.

• Les enzymes sont adaptées à l’étude des lésions sur plasmide mais sont spécifiques d’une lésion ou d’un groupe de lésions, tandis que les anticorps sont adaptés à l’ADN génomique mais sont également spécifiques et difficiles à élaborer.

📖 9. Signatures moléculaires des agents

🔑 Notions clés & Définitions

• Signature moléculaire : Relie l’exposition à cet agent, les lésions produites, les mutations observées et un cancer.

★ À maîtriser

• Pour le benzo(a)pyrène, les sites préférentiels de formation des adduits correspondent à des mutations des gènes ras et p53 dans ses cancers, avec des transversions A→T ou G→T sur les codons 61 et 12 de ras et une transversion G→T sur le codon 157 de p53.

• Pour l’aflatoxine B1, le codon 249 de p53 est un site préférentiel de formation d’adduit et de mutation, avec une transversion T→G, bien que la lésion soit très bien réparée sur ce site.

Compléments

• Dans l’étude de Denissenko, Pao, Tang et Pfeifer publiée dans Science en 1996, les points chauds des lésions et des mutations du benzo(a)pyrène dans p53 correspondaient aux codons 157, 248 et 273.

• Les UV produisent une signature moléculaire caractérisée notamment par des lésions bipyrimidiques, dont les dimères cyclobutaniques de pyrimidines et les photoproduits (6-4) pyrimidine-pyrimidone.

📊 Tableaux de synthèse

Principales voies de réparation