Fiche de révision : Mécanismes de réparation de l'ADN

📋 Plan du Cours

1. Nature et origine des mutations
2. Erreurs de réplication et expansions répétées
3. Lésions endogènes et agents mutagènes
4. Polymérases de synthèse translésion
5. Réversion directe et réparation des cassures simples brins
6. Réparation des cassures doubles brins
7. Détection des dommages et remodelage de la chromatine

📖 1. Nature et origine des mutations

🔑 Notions clés & Définitions

• Mutation : Changement héritable de l’information génétique, pouvant altérer l’ADN des cellules somatiques ou germinales.
• Mutations géniques : Mutations qui modifient une séquence nucléotidique dans un gène, entraînant souvent une modification fonctionnelle de la protéine.
• Transitions : Type de substitution où une base change vers une base de même catégorie chimique (purine vers purine ou pyrimidine vers pyrimidine).
• Transversions : Type de substitution où une base change vers une base de l’autre catégorie chimique (purine vers pyrimidine ou inverse).

📝 Points essentiels

• Les substitutions concernent des bases purines et pyrimidines, via transitions ou transversions.
• L’organisation du risque génétique distingue mutations du génome, mutations chromosomiques et mutations géniques.
• Les mutations peuvent toucher des cellules somatiques ou des cellules germinales, avec des conséquences différentes pour la descendance.

💡 Astuce mémo

Transitions = même famille chimique; Transversions = changement de famille chimique.

📖 2. Erreurs de réplication et expansions répétées

🔑 Notions clés & Définitions

• Erreurs de réplication : Mésappariements et incorporation fautive de bases durant la copie de l’ADN, amplifiés par des dommages non corrigés du template.
• Formes tautomériques : Variations chimiques temporaires d’une base qui peuvent favoriser des appariements non canoniques pendant la réplication.
• Expansion de triplets ADN : Augmentation du nombre de répétitions de motifs de trois nucléotides, générant des phénotypes tels que la maladie de Huntington ou le syndrome de l’X fragile.
• Répétitions microsatellites : Courtes séquences répétées sujettes à des erreurs de réplication, notamment par glissement de brin ou crossing-over inégal.

📝 Points essentiels

• La fidélité des polymérases réplicatives est donnée entre 10-9 et 10-11 par nucléotide copié, menant à des ordres de grandeur de mutations par ADNc et par vie.
• Des dommages non réparés peuvent être répliqués (exemple présenté avec l’acide nitreux HNO2), conduisant à des substitutions lors des cycles successifs.
• Les expansions de triplets illustrent des maladies liées au nombre de répétitions, avec des plages de taille reportées pour FMR-1 (X fragile), Huntington (CAG) et la dystrophie myotonique (CTG/CUG).
• Le glissement de brin lors de la réplication et le crossing-over inégal peuvent créer puis diversifier des séquences répétées.

💡 Astuce mémo

Expansion = motif répété qui “grandit” par glissement ou crossing-over inégal.

📖 3. Lésions endogènes et agents mutagènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Sites apuriques apyrimidiques : Lésions endogènes où une base est perdue, laissant un site sans base (site AP) qui bloque ou déstabilise la réplication.
• Oxydations de l’ADN : Altérations chimiques dues aux espèces réactives, produisant notamment des lésions oxydatives comme des dimères et des bases modifiées.
• Dimères de pyrimidines : Liaisons covalentes entre deux pyrimidines voisines, formant par exemple des dimères T–C ou T–T sous l’effet des UV.
• Aflatoxine B1 : Agent chimique exogène mentionné comme mutagène potentiel, associé à un risque accru de cancers.

📝 Points essentiels

• Les sites AP sont estimés à 5×10^4 à 2×10^5 par jour et par cellule, avec génération par perte spontanée ou action de glycosylases.
• Les désaminations sont estimées à 100–500 par jour et par cellule.
• Des dimères de pyrimidines et des produits photoproduits 6-4 sont produits par les UV.
• Les rayons X figurent parmi les expositions exogènes conduisant à cassures simple brin et double brin.
• L’exposition par scanners est discutée avec un ordre de grandeur d’évaluation du risque de cancers induits (étude 2025, calcul présenté).

💡 Astuce mémo

Endogène = sites AP + désaminations + oxydations; Exogène = UV (dimères) et rayons X (cassures).

📖 4. Polymérases de synthèse translésion

🔑 Notions clés & Définitions

• PCR (polymérases de synthèse translésion) : Enzymes spécialisées capables de contourner des bases lésées pendant la réplication, au prix d’une fidélité souvent réduite.
• Famille Y (TLS) : Groupe de polymérases TLS typiquement recrutées via PCNA, dont Rev1, Pol η, Pol ι, Pol κ et Pol ζ.
• PCNA : Clamp glissant trimerique qui accroît la processivité des polymérases réplicatives et sert de plate-forme pour recruter des acteurs de la TLS.
• Rev1 : Polymérase TLS de la famille Y ayant surtout un rôle de recrutement, avec insertion de dC au niveau de sites abasiques.

📝 Points essentiels

• PCNA est chargée par RFC, augmente la processivité des polymérases δ et ε, et recrute en TLS les polymérases η, κ, ι et REV1 via la modification de PCNA.
• Pol η (eta) est très efficace sur les T–T cyclobutane pyrimidine dimers mais pas sur les 6-4 photoproduits, et sa déficience est associée à XP-Variant.
• Pol i (iota) montre une fidélité dépendante du template (mésincorporation de G en présence de T non lésé, et précision lorsqu’il s’agit de reproduire A sur le template), avec un impact sur le spectre de mutations UV.
• Pol κ (kappa) copie certains adducts minor groove et des structures non-B; elle est la plus fidèle de la famille Y avec un taux d’erreur 10-3 à 10-4 sur templates non endommagés.
• Pol ζ (Rev3/Rev7) manque d’activité de relecture 3’-5’ et contribue fortement aux mutations induites par UV (jusqu’à ~96% reporté), tout en participant aussi aux mutations spontanées (≈ moitié reportée).

💡 Astuce mémo

TLS = contourner la lésion avec fidélité souvent perdue; PCNA = “hub” de recrutement.

📖 5. Réversion directe et réparation des cassures simples brins

🔑 Notions clés & Définitions

• Réversion directe : Mode de réparation qui remet directement certaines bases lésées dans leur forme originale sans passer par une correction par excision.
• MGMT : Enzyme de transfert associée à la réversion directe des alkylguanines et alkylthymine, en retirant le groupe alkyle.
• Photoréactivation : Réparation enzymatique activée par la lumière via des photolyases qui corrigent certains dimères de pyrimidines.
• SSBR : Réparation des cassures simple brin, mobilisant des facteurs tels que PARP et des enzymes de traitement d’extrémités.

📝 Points essentiels

• La réversion directe concerne les alkyl guanines et alkyl thymines par MGMT.
• La photoréactivation utilise deux types de photolyases : CPD photolyase et (6-4) photolyase, avec deux chromophores indiqués (FADH- et MTHF ou HDF).
• La figure montre PARP-1 comme acteur de la réponse aux cassures simple brin dans le cadre de la SSBR.
• Les ordres de grandeur proposés pour la formation de lésions simple brin incluent 5×10^3/cycle avec une fraction réparée (99%) et une fraction convertie en cassures doubles brins pendant la réplication (1%).

💡 Astuce mémo

Réversion directe = enlever l’alkyle (MGMT) ou réparer à la lumière (photolyases).

📖 6. Réparation des cassures doubles brins

🔑 Notions clés & Définitions

• DSB : Cassure double brin de l’ADN, forme critique de dommage pouvant mener à instabilité génomique si mal réparée.
• NHEJ : Réparation des cassures doubles brins par jonction non homologue, reliant les extrémités sans utiliser une matrice homologue.
• HR : Réparation des cassures doubles brins par recombinaison homologue, utilisant un modèle homologue pour restaurer fidèlement la séquence.
• MMEJ (Alt-NHEJ) : Voie alternative de jonction des extrémités utilisant des microhomologies, souvent associée à une réparation moins fidèle que HR.

📝 Points essentiels

• Les cassures doubles brins (DSB) peuvent être endogènes (radicaux libres, réplication sur ADN lésé) ou exogènes (radiations ionisantes), et des conséquences incluent mort cellulaire, apoptose, sénescence et…
• La conversion d’environ 1% des lésions simple brin en DSB pendant la réplication est chiffrée à ~50 DSB/cellule/phase S dans le cours.
• NHEJ, HR et MMEJ (Alt-NHEJ) sont listées comme principales voies de réparation des DSB.
• Le texte distingue SSA comme autre voie liée aux single strand annealing (mentionnée dans l’aperçu de réparation des DSB).

💡 Astuce mémo

Choix de voie sur DSB : NHEJ (rapide mais peut être erroné) vs HR (fidèle) vs MMEJ/Alt-NHEJ (microhomologies).

📖 7. Détection des dommages et remodelage de la chromatine

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexe MRN : Ensemble Mre11-Rad50-Nbs1 recruté précocement qui détecte les DSB et déclenche des événements de signalisation et de traitement des extrémités.
• γ-H2AX : Forme phosphorylée de H2AX autour des cassures, servant de signal amplificateur pour recruter et étendre la réponse de réparation.
• ATM : Kinase activée préférentiellement par des cassures double brin, orchestrant des phosphorylations de substrats pour coordonner réparation et arrêt du cycle cellulaire.
• Remodeleurs de chromatine : Protéines qui déplacent des histones et reorganisent la structure nucléosomale pour permettre l’accès des facteurs de réparation.

📝 Points essentiels

• MRN est décrit comme le premier complexe recruté, maintenant les extrémités cassées, stimulant la recherche d’homologies et recrutant/activant ATM avec phosphorylation de H2AX.
• La phosphorylation très rapide de H2AX sur Ser139 produit γ-H2AX, reconnue par Mdc1, ce qui déclenche une boucle d’amplification (feed-forward) pour étendre la réponse sur de larges domaines de chromatine.
• ATM est présenté comme master transducteur, avec activation initiée par DSB et phosphorylation de substrats comme Brca1, Chk2 et p53.
• Une cascade d’ubiquitination est décrite : RNF8 puis RNF168, extension de chaînes liées K63, recrutement de RAP80 et promotion de 53BP1, avec antagonisme vis-à-vis de HR via 53BP1.
• Les remodeleurs mentionnés incluent INO80 et SWR1 (retire des dimères H2A(X)-H2B) et Swi/Snf (éviction H3-H4), facilitant l’accès des protéines de réparation.

💡 Astuce mémo

MRN repère DSB; ATM phosphoryle H2AX; remodelage ouvre la chromatine pour réparer.

📅 Repères chronologiques

1. 1901Hugo De Vries : présentation Mutation / Evolution / Adaptation / Maladie / Sélection naturelle
2. 2013Maréchal A, Zou L. : DNA damage sensing by the ATM and ATR kinases
3. 2025Smith-Bindman R. et al. : estimation du risque de cancers induits par scanner (étude 2025)

📊 Tableaux de synthèse

Transitions vs transversions

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre transitions et transversions : les transitions gardent la même catégorie (purine/pyrimidine) alors que les transversions la changent.
2. Penser que toutes les TLS sont aussi fidèles : la fiche indique des fidélités très différentes (ex : Pol η efficace sur T–T CPD mais pol ζ induit beaucoup de mutations).
3. Croire que la réparation des DSB passe toujours par la même voie : le cours liste NHEJ, HR et MMEJ/Alt-NHEJ (et aussi SSA).
4. Oublier le lien entre PCNA et TLS : PCNA sert de plateforme de recrutement (REV1 et polymérases Y).
5. Sous-estimer l’amplification du signal : γ-H2AX reconnue par Mdc1 propage la réponse sur des domaines de chromatine, pas seulement localement.
6. Dissocier détection et remodelage : MRN/ATM/γ-H2AX relèvent la signalisation, tandis que des remodeleurs de chromatine permettent l’accès physique aux facteurs de réparation.

✅ Checklist Examen

1. Classer une substitution en transition ou transversion à partir du type de bases impliquées.
2. Citer les voies principales conduisant à des erreurs de réplication et comprendre le rôle des dommages non réparés.
3. Associer l’expansion de triplets à des maladies et à des motifs répétés donnés (FMR-1/CGG, Huntington/CAG, dystrophie myotonique/CTG).
4. Décrire pourquoi PCNA est central : processivité des polymérases réplicatives et recrutement TLS de la famille Y.
5. Donner les caractéristiques clés de Pol η sur T–T CPD et son lien avec XP-Variant.
6. Relier Pol i au caractère variable de la fidélité selon la base du template et au profil mutationnel UV décrit.
7. Relier Rev1 à son rôle de recrutement TLS et à l’insertion de dC en face de sites abasiques.
8. Expliquer la réversion directe et identifier MGMT comme enzyme cible des alkyl guanines/alkyl thymines.
9. Citer les deux photolyases de photoréactivation (CPD et (6-4)) et les chromophores indiqués.
10. Savoir distinguer NHEJ, HR et MMEJ/Alt-NHEJ comme voies de réparation des DSB.
11. Utiliser les ordres de grandeur fournis : lésions simple brin, conversion en DSB pendant la réplication.
12. Décrire la séquence logique de détection : MRN recruté → ATM activée → phosphorylation de H2AX en γ-H2AX → amplification via Mdc1.
13. Citer au moins une cascade d’ubiquitination (RNF8/RNF168) et son impact via RAP80/Brca1-53BP1 sur HR.
14. Mentionner les remodeleurs de chromatine (INO80/SWR1 et Swi/Snf) et leur rôle d’accès aux facteurs de réparation.