Fiche de révision : Mécanismes de réparation de l'ADN

📋 Plan du Cours

1. Maintien de la fidélité de l’ADN
2. Réparation des mésappariements
3. MMR et syndrome de Lynch
4. BER, NIR et glycosylases
5. Réparation couplée à la transcription
6. NER et xeroderma pigmentosum
7. Interactome de Ku et NHEJ
8. ADN mitochondrial et maladies

📖 1. Maintien de la fidélité de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Réversion : Processus qui remet une base ou une séquence altérée dans un état compatible avec l’information d’origine.
• Réparation cassure simple brin : Ensemble de mécanismes qui réparent une rupture d’un seul brin pour restaurer la continuité du DNA.
• Réparation cassure double brin : Ensemble de mécanismes qui réparent une rupture des deux brins afin de reconstituer la molécule intacte.

📖 2. Réparation des mésappariements

🔑 Notions clés & Définitions

• MMR : La réparation des mésappariements corrige les bases mal appariées et certaines erreurs d’insertion/délétion afin de restaurer la fidélité après réplication.
• MutHLS : Le mécanisme bactérien MutHLS utilise MutS, MutL et MutH pour repérer le mauvais appariement puis déclencher la correction avec une exonucléase, suivie de resynthèse et ligature.
• hMutSa et hMutSb : Les hétérodimères eucaryotes MutS (hMutSa=hMSH2+hMSH6 et hMutSb=hMSH2+hMSH3) assurent la reconnaissance primaire des mésappariements.
• hMutLa et hMutLb : Les hétérodimères eucaryotes MutL (hMutLa=hMLH1+hPMS2 et hMutLb=hMLH1+hPMS1) assurent la reconnaissance secondaire et orientent la réparation.

📝 Points essentiels

• MutS (hMSH2/hMSH6) et MutL (hMLH1/hPMS2) se lient d’abord aux lésions, mais l’incision ne démarre pas immédiatement lors de cette étape.
• MutL recherche une discontinuité préalable sur le brin à corriger, ce qui conditionne le passage à la dégradation.
• Chez les eucaryotes, l’exonucléase EXO1 ne dégrade le brin qu’en présence d’une discontinuité préexistante, contrairement au rôle direct de MutH chez les procaryotes.
• Le rôle orientateur de PCNA place la correction sur le brin portant une discontinuité, de sorte qu’une base modifiée n’est corrigée que si elle se trouve sur le brin sélectionné.
• La reconnaissance des mésappariements suit une préférence d’intensité Pu-Pu > Pu-Py > Py-Py, où Pu désigne une purine et Py une pyrimidine.

💡 Astuce mémo

Hiérarchie de reconnaissance : Pu-Pu > Pu-Py > Py-Py (plus l’erreur est “purine”, plus elle est reconnue).

📖 3. MMR et syndrome de Lynch

🔑 Notions clés & Définitions

• Réparation des mésappariements : La réparation des mésappariements est un mécanisme qui corrige les erreurs de base apparues après la réplication afin d’empêcher l’accumulation de mutations.
• Syndrome de Lynch : Le syndrome de Lynch est une prédisposition héréditaire liée à un défaut du système de réparation des mésappariements, qui augmente le risque de cancers.

📖 4. BER, NIR et glycosylases

🔑 Notions clés & Définitions

• BER : La réparation par excision de bases corrige surtout des dommages oxydatifs de l’ADN, notamment quand le NER ne prend pas en charge la lésion.

📝 Points essentiels

• Les niveaux élevés et prolongés de ROS dans certains patients XP-A, XP-C et XP-D peuvent endommager l’ADN mitochondrial, que le NER ne répare pas, donc la correction se fait principalement par BER.
• Les bases de type 8-5-cyclopurines (cyPu), générées par les ROS, sont des substrats exclusifs du NER, ce qui relie certains défauts de NER aux symptômes neurologiques.

📖 5. Réparation couplée à la transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• TC-NER : La TC-NER est une réparation des lésions bloquant l’élongation de l’ARN polymérase II afin de relancer la transcription et l’expression génique.
• CSA : CSA est une protéine impliquée dans la TC-NER, associée au complexe CRL4CSA, qui ubiquityl ationne CSB pour contrôler son destin en réponse aux dommages.
• CSB : CSB est un remodel eur de chromatine participant à la TC-NER, visé par l’ubiquitylation dépendant de CSA et stabilisé quand cette dégradation est freinée.
• UVSSA : UVSSA est une protéine recrutée après dommages qui module la TC-NER en agissant sur des facteurs d’ubiquitylation autour de CSB.
• RNAPolII bloquée : La RNAPolII bloquée correspond à l’ARN polymérase II en pause sur l’ADN lésé, servant de signal pour déclencher la TC-NER.

📝 Points essentiels

• La TC-NER détecte une RNAPolII en élongation bloquée et mobilise notamment CSA, CSB, UVSSA, USP7 et XAB2.
• UVSSA recrute l’enzyme deubiquitylante USP7, qui contrecarre l’ubiquitylation CSA-dépendante de CSB et stabilise CSB en inhibant sa dégradation.
• La RNAPolII bloquée peut aussi être ubiquitylée puis dégradée quand la TC-NER n’est pas exécutée, via notamment des chaînes portées par Lys63.
• Dans la TC-NER, les étapes classiques se retrouvent : vérification par TFIIH et XPA, double incision par XPG puis ERCC1-XPF, puis comblement et ligation par des acteurs de réplication/liaison.
• La TC-NER est particulièrement adaptée aux lésions qui stoppent la transcription, là où la GG-NER ne suffit pas à reprendre l’expression des gènes.

💡 Astuce mémo

TC-NER = « RNAPolII bloquée » : UVSSA tire USP7 pour sauver CSB; si échec, la RNAPolII est « éliminée ».

📖 6. NER et xeroderma pigmentosum

🔑 Notions clés & Définitions

• Xeroderma pigmentosum : Maladie génétique liée à un défaut de réparation par NER, entraînant une forte sensibilité aux UV et un risque accru de cancers cutanés.
• XPA : Facteur NER qui se fixe aux nucléotides simples brins modifiés chimiquement et coordonne la détection/vérification des lésions avec l’ensemble du complexe.
• DDB2 : Protéine du groupe E impliquée dans la reconnaissance de lésions UV, notamment pour la détection de certains dommages comme les 6-4PP et CPD.
• ERCC1-XPF : Endonucléase NER à fonction 5’ qui incise la région lésée et participe aussi à d’autres voies de réparation selon le contexte clinique.

📝 Points essentiels

• Dans les groupes XP-A, XP-B, XP-D, XP-F et XP-G, les patients ont des réactions sévères de coup de soleil dès le début de la vie.
• À l’inverse, les groupes XP-C, XP-E et XP-V (NER/TC-NER compétents) présentent des réactions de coup de soleil normales pour leur type de peau.
• Les patients XP-E et XP-V sont diagnostiqués beaucoup plus tard, accumulent davantage de mutations induites par les UV et peuvent développer des centaines de tumeurs cutanées à un âge avancé.
• Les patients XP-F et XP-G semblent relativement résistants au développement de cancers cutanés.
• Le défaut de XPA entraîne notamment des conséquences neurologiques sévères quand la région d’interaction avec l’ADN est mutée, alors que d’autres mutations peuvent donner des formes plus légères.
• Les symptômes neurologiques de certains XP peuvent venir soit de dommages spécifiques générés par les ROS (substrats exclusifs de NER comme les 8-5-cyclopurines), soit d’un dysfonctionnement mitochondrial lié à des…

💡 Astuce mémo

XP tôt sévère: A/B/D/F/G; XP tard discret: C/E/V (surtout E et V → mutations ↑, cancers ↑).

📖 7. Interactome de Ku et NHEJ

🔑 Notions clés & Définitions

• Ku70 : Ku70 est la protéine XRCC6, composant du complexe Ku impliqué dans la réparation des cassures de l’ADN par NHEJ.
• Ku80 : Ku80 est la protéine XRCC5, partenaire de Ku70 dans le complexe Ku qui favorise la réparation par NHEJ.
• DNA-PKcs : DNA-PKcs (PRXDC) est la sous-unité catalytique de la DNA-PK, associée au complexe Ku pendant la réponse aux cassures ADN et la voie NHEJ.

📝 Points essentiels

• Un exemple d’interactome de Ku montre 6 clusters de partenaires : épissage (46), réparation ADN (21), maturation ARNm (15), régulation épigénétique (13), biogenèse ribosomale (10) et régulation de l’expression génique…
• Dans cet interactome, les protéines de base citées sont XRCC6 (Ku70), XRCC5 (Ku80) et PRXDC (DNA-PKcs).
• La diversité des clusters suggère que, au-delà du rôle de réparation ADN, le complexe Ku/NHEJ est connecté à plusieurs fonctions cellulaires liées à l’expression des gènes et au traitement de l’ARN.

💡 Astuce mémo

Ku70–Ku80–DNA-PKcs : les trois “piliers” de l’équipe Ku (XRCC6–XRCC5–PRXDC) ; puis 6 missions : épissage 46, réparation 21, ARNm 15, épigénétique 13, ribosomes 10, expression 9.

📖 8. ADN mitochondrial et maladies

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN mitochondrial : L’ADN mitochondrial est une molécule d’ADN double brin circulaire, portée par la mitochondrie et distincte du génome nucléaire.
• Hétéroplasmie : L’hétéroplasmie correspond à la présence, dans une même cellule, de plusieurs proportions de génomes mitochondriaux portant ou non des mutations.
• Maladies mitochondriales : Les maladies mitochondriales sont des pathologies dues à des défauts fonctionnels des mitochondries liés à des variations génétiques de l’ADNmt et/ou du génome nucléaire.
• Syndrome MELAS : Le syndrome MELAS est une encéphalopathie mitochondriale avec acidose lactique et épisodes de type AVC, généralement débutant dans l’enfance.
• Syndrome MERFF : Le syndrome MERFF est une épilepsie myoclonique avec fibres rouges déchiquetées, caractérisée par une accumulation progressive de mitochondries anormales dans le muscle.

📝 Points essentiels

• L’ADN mitochondrial est un ADN double-brin circulaire de 16569 pb (chez l’homme), localisé dans la matrice, organisé en structures de type nucléoïdes.
• La mitochondrie est contrôlée par 2 génomes : environ 99% des protéines mitochondriales sont codées par l’ADN nucléaire.
• Le taux de mutations de l’ADNmt est 25 fois plus élevé que celui de l’ADN nucléaire, avec davantage de dommages oxydatifs responsables d’environ 20–25 fois plus de mutations.
• Les maladies mitochondriales sont rares (ordre de 1/4300 en France), impliquent probablement >1200 gènes, et leur sévérité dépend notamment de la proportion de génomes mutés en cas d’hétéroplasmie.
• Des mutations peuvent rester sans phénotype seul, mais déclencher une maladie quand elles sont combinées (« co-occurrence »), et l’évaluation nécessite des approches comme le NGS et des approches multi-omiques.
• Pour la réparation de l’ADNmt, la synthèse translésion (PrimPol), la réparation des cassures simple brin, la BER et la MMR sont indiquées comme actives, alors que la NER est indiquée comme absente et la recombinaison…

💡 Astuce mémo

MELAS = Acidose lactique + AVC “like” ; MERFF = Myoclonies + Fibres rouges déchiquetées.

📅 Repères chronologiques

1. 2002Notes de cours : maintien de la fidélité/MutHLS de E. coli et repères NER/Ku/ADNmt
2. 2005Cours : plan/éléments autour de la réparation couplée à la transcription (TCR) et BER/NER
3. 2006Cours : mécanisme NER (recrutement TFIIH, XPG puis ERCC1-XPF) et groupes de complémentation XP/UDS
4. 2014NER : régulation subtile et détection (XPC/UV-DDB) et revue d’étape de vérification
5. 2021NER/TCR et synthèse (incluant interactome de Ku) ; repères sur la réparation et approches (HDR/BER-NER)
6. 2022BER/NIR, acteurs (PARP-1, glycosylases, AP-sites) et TCR/NER détaillés
7. 2023Intersections cliniques et concept de létalité synthétique (PARP1-BRCA) dans le cours
8. 2025Sections sur ADN mitochondrial et maladies mitochondriales (hétéroplasmie, taux de mutations, réparation ADNmt)

📊 Tableaux de synthèse

NER : GG-NER vs TC-NER

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre réversion (retour à une séquence compatible avec l’original) et réparation (correction de la fidélité après dommages/mésappariements) : ce n’est pas la même logique.
2. Croire que MutS/MutL eucaryotes initient directement une incision : dans le cours, la liaison ne conduit pas à une incision et l’incision dépend d’une discontinuité préexistante.
3. Oublier que la dégradation EXO1 en eucaryotes n’est effective qu’en présence d’une discontinuité préexistante, contrairement au rôle direct de MutH chez les procaryotes.
4. Confondre NER et BER : BER vise surtout des dommages oxydatifs/bases (et AP-sites) tandis que NER enlève des lésions distordant l’hélice et peut aussi traiter des dommages UV/volumineux.
5. Penser que NER/TC-NER repère la lésion directement : le cours insiste sur une détection indirecte (distorsion de l’hélice pour GG-NER, stalling RNAPolII pour TC-NER).
6. Inverser l’idée TC-NER : croire que la réparation concerne “un gène non transcrit” alors que la TCR/NIR d’urgence vise préférentiellement le brin transcrit (ARN pol II bloquée).
7. Croire que la NER répare l’ADN mitochondrial : dans le cours, NER est indiquée absente pour la réparation de l’ADNmt, au profit de BER/MMR/réparation cassure simple brin etc.

✅ Checklist Examen

1. Définir réversion et expliquer en quoi elle remet une base séquence altérée dans un état compatible avec l’information d’origine.
2. Distinguer réparation d’une cassure simple brin et réparation d’une cassure double brin par leur objectif (restaurer continuité vs reconstituer la molécule intacte).
3. Expliquer le principe du MMR : corriger bases mal appariées et certaines erreurs d’insertion/délétion après réplication pour restaurer la fidélité.
4. Décrire le schéma MutHLS de E. coli en étapes (MutS puis MutL/MutH, activation, recrutement MutU, exonucléase, resynthèse, ligature, méthylation) et le critère de brin (GATC/Dam chez Gram−).
5. Comparer reconnaissance/incision en MMR eucaryote : hMutSa/hMutSb (reconnaissance primaire), hMutLa/hMutLb (reconnaissance secondaire), absence d’incision dès la liaison, rôle d’une discontinuité préexistante pour EXO1.
6. Expliquer l’orientation PCNA dans le MMR eucaryote : une base modifiée n’est corrigée que si elle est sur le brin comportant la discontinuité.
7. Donner la hiérarchie de reconnaissance des mésappariements (Pu-Pu > Pu-Py > Py-Py) et interpréter Pu et Py.
8. Définir BER et relier BER/NIR à la nature des dommages (notamment oxydatifs) et au rôle des glycosylases/creation d’un site AP (avec coupes différentes selon lyase vs endonucléase).
9. Décrire le concept “PPG” du cours sur BER : acteurs comme PARP-1 (PARylation, recrutement XRCC1/Pol β) et impact positif puis négatif en cas d’excès de dommages.
10. Définir TC-NER : réparer des lésions bloquant l’élongation de la RNAPolII et relancer transcription, en citant CSA/CSB/UVSSA/USP7/XAB2 et la RNAPolII bloquée comme signal.
11. Lister les étapes communes NER (vérification TFIIH & XPA, double incision XPG puis ERCC1-XPF, comblement et ligation) et préciser l’adéquation TC-NER aux lésions qui stoppent la transcription.
12. Relier NER aux XP : nommer XPA, DDB2, ERCC1-XPF, caractériser quels groupes sont à coup de soleil sévères précoces (A/B/D/F/G) versus ceux plus tardifs (C/E/V) et le profil de risque tumoral (dont XP-E/XP-V avec…
13. Expliquer pourquoi certains XP ont des symptômes neurologiques dans le cours : (i) substrats exclusifs NER comme 8-5-cyclopurines générées par ROS et (ii) dysfonctionnement mitochondrial et réparation principalement par…
14. Décrire l’interactome de Ku et les trois “piliers” (XRCC6=Ku70, XRCC5=Ku80, PRXDC=DNA-PKcs) et les 6 clusters cités (dont épissage, réparation ADN, maturation ARNm, régulation épigénétique, biogenèse ribosomale,…