Fiche de révision : Mésappariements et réparation de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Rôle général de la réparation
2. Types de mésappariements
3. Origines des mésappariements
4. Correction des mésappariements
5. Lésions et causes de l’ADN
6. Fréquence et conséquences cellulaires
7. Principes des réparations
8. Réparations par excision
9. Réparation des cassures double brin
10. Applications et pathologies

📖 1. Rôle général de la réparation

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésappariement : Appariement de bases azotées qui ne respecte pas la complémentarité de Watson et Crick dans un acide nucléique double brin.

★ À maîtriser

📌 La réparation de l’ADN maintient la stabilité du génome en permettant la transmission fidèle de l’information malgré les erreurs de réplication et les agents mutagènes.

• Un défaut des systèmes de réparation peut favoriser la mort cellulaire, le vieillissement, les pathologies génétiques constitutionnelles et acquises, notamment les cancers.

Compléments

• Les systèmes de réparation de l’ADN sont multiples, adaptés à différents dommages et partiellement redondants, ce qui permet parfois la compensation d’un système défaillant par un autre.

💡 Astuce mémo

Défaut de réparation → mutations, vieillissement et cancers

📖 2. Types de mésappariements

🔑 Notions clés & Définitions

• Microsatellite : Un microsatellite est une courte séquence d’ADN répétée en tandem, constituée de motifs de 1 à 6-10 nucléotides répétés 5 à 20 fois.
• Hétéroduplex : Acide nucléique bicaténaire constitué de deux brins qui ne sont pas parfaitement complémentaires.

★ À maîtriser

📌 Un mésappariement simple correspond à une seule paire de bases mal appariée, tandis qu’une boucle d’insertion-délétion correspond à une ou plusieurs bases non appariées formant une boucle.

Compléments

• Les microsatellites sont nombreux et très polymorphiques, et la caractérisation de 15 à 20 STR peut produire une combinaison unique utilisée comme empreinte génétique.

💡 Astuce mémo

Mésappariement simple = 1 paire ; boucle indel = plusieurs bases

📖 3. Origines des mésappariements

★ À maîtriser

• Les erreurs des ADN polymérases résultent d’une mauvaise incorporation de nucléotides, d’une relecture 3’→5’ imparfaite ou de formes tautomères mineures des bases azotées.

• La désamination spontanée de la cytosine produit de l’uracile, tandis que celle de la 5-méthylcytosine produit de la thymine et peut créer un mésappariement T-G.

• Lors d’un dérapage réplicatif dans une séquence répétée, la polymérase peut décrocher, les brins se désaligner et former une boucle sur le brin néosynthétisé ou sur le brin matrice.

Compléments

• La tautomérisation d’une thymine de sa forme céto vers sa forme énol modifie les liaisons hydrogène et peut permettre un mésappariement T-G au lieu d’un appariement T-A.

📌 La désamination de l’adénine produit l’hypoxanthine et celle de la guanine produit la xanthine, ces bases étant principalement éliminées par le système BER.

💡 Astuce mémo

Réplication → désamination → dérapage

📖 4. Correction des mésappariements

★ À maîtriser

• La relecture exonucléasique des ADN polymérases améliore la fidélité de réplication d’environ 1 erreur pour 10^5 nucléotides à 1 erreur pour 10^7 nucléotides.

• Le système MMR reconnaît le mésappariement, incise le brin néosynthétisé à distance, excise la portion contenant l’erreur, puis resynthétise et ligature la région corrigée.

• Le dimère MutSα, formé de MSH2-MSH6, reconnaît les mésappariements d’un nucléotide et les petites boucles de 1 à 2 nucléotides, tandis que MutSβ, formé de MSH2-MSH3, reconnaît les boucles indel d’au moins 2 nucléotides.

Compléments

• Dans le MMR, MLH1-PMS2 incise le brin erroné, EXO1 l’excise, les ADN polymérases δ ou ε le resynthétisent et l’ADN ligase I le referme.

• Une mutation constitutionnelle de POLE ou POLD1 touchant l’activité exonucléasique favorise l’accumulation de mutations et le risque de cancers, notamment du côlon, du duodénum et de l’endomètre.

💡 Astuce mémo

Lire → inciser → exciser → resynthétiser → ligaturer

📖 5. Lésions et causes de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Lésion de l’ADN : Altération structurale ou chimique potentiellement réversible par réparation, qui ne devient une mutation que si elle entraîne une modification de séquence héritable après réplication et division cellulaire.

★ À maîtriser

• Les principales lésions de l’ADN sont:

  • Cassures simple ou double brin
  • Pontages intra- ou interbrins
  • Dimères de pyrimidines
  • Adduits
  • Désaminations
  • Lésions oxydatives
  • Pertes de bases

• Les lésions endogènes proviennent notamment des erreurs de réplication, de la recombinaison, de la transposition, des espèces réactives de l’oxygène et des hydrolyses spontanées.

• Les rayons UV provoquent principalement des dimères de thymine, les radiations ionisantes des cassures simple et double brin, et la chaleur des pertes de bases.

Compléments

• Les agents alkylants peuvent former des mono-adduits ou des pontages entre brins, et comprennent notamment les nitrosamines, le cyclophosphamide et le cisplatine.

💡 Astuce mémo

Endogène : métabolisme et hydrolyse ; exogène : UV, radiations et chimie

📖 6. Fréquence et conséquences cellulaires

★ À maîtriser

📌 Une lésion de l’ADN peut être réparée sans modification de séquence, provoquer une mutation par réparation infidèle ou entraîner la mort cellulaire si elle est irréparable.

• La désamination de la 5-méthylcytosine est une cause majeure de substitutions C:G vers T:A, car environ 3 % des cytosines humaines sont méthylées en position 5.

Compléments

• Une mutation constitutionnelle est héritée ou apparaît de novo dans la lignée germinale, tandis qu’une mutation acquise apparaît au cours de la vie dans des cellules somatiques ou germinales.

💡 Astuce mémo

Lésion réparée → restitution ; lésion mal réparée → mutation ou mort

📖 7. Principes des réparations

🔑 Notions clés & Définitions

• Létalité synthétique : Survenue de la létalité lorsque l’inhibition simultanée de deux voies de réparation devient létale alors que la perte d’une seule voie reste compatible avec la viabilité cellulaire.

📝 Points essentiels

• Les systèmes généraux de réparation de l’ADN détectent le dommage, recrutent les protéines nécessaires, excisent la région altérée, resynthétisent le brin puis ligaturent l’ADN.

• Les principales voies de réparation sont:

  • Réparation directe
  • MMR
  • BER
  • NER
  • SSBR
  • HR
  • NHEJ

💡 Astuce mémo

Détecter → exciser → resynthétiser → ligaturer

📖 8. Réparations par excision

★ À maîtriser

• La réparation directe inverse spécifiquement une lésion sans excision de l’ADN, comme la déméthylation de la O6-méthylguanine par MGMT.

• Le BER reconnaît une base lésée par une ADN glycosylase, crée un site AP, le clive avec APE1, comble l’espace avec une ADN polymérase puis le ligature.

• Le BER répare principalement les petites lésions de bases ne déformant pas fortement l’ADN, notamment les oxydations, les désaminations et les alkylations.

• Le NER reconnaît une lésion déformant l’ADN, ouvre la double hélice, excise environ 20 à 32 nucléotides du brin lésé, puis resynthétise et ligature la région retirée.

Compléments

• Le NER répare notamment les dimères de thymine induits par les UV et implique plus de 20 protéines, dont les protéines XP et le facteur TFIIH.

💡 Astuce mémo

BER répare une base ; NER retire un segment de nucléotides

📖 9. Réparation des cassures double brin

★ À maîtriser

• 🔄 La recombinaison homologue suit les étapes suivantes:

  1. Reconnaissance de la cassure
  2. Résection en 5’
  3. Recherche d’homologie et invasion de brin
  4. Synthèse d’ADN
  5. Résolution des jonctions
  6. Ligature

• La recombinaison homologue utilise une chromatide sœur comme matrice et constitue une réparation fidèle, principalement en phases S et G2.

• Le NHEJ reconnaît les extrémités cassées avec Ku70-Ku80, les aménage si nécessaire, puis les rapproche et les ligature directement sans matrice homologue.

Compléments

📌 Le NHEJ peut entraîner la perte ou le gain de quelques nucléotides aux extrémités de la cassure et constitue donc une réparation potentiellement mutagène.

💡 Astuce mémo

HR utilise une matrice fidèle ; NHEJ raboute sans matrice

📖 10. Applications et pathologies

★ À maîtriser

• Le syndrome de Lynch résulte d’une mutation constitutionnelle d’un gène MMR, notamment MSH2, MSH6, MLH1 ou PMS2, et prédispose à plusieurs cancers, en particulier colorectal et endométrial.

• Un déficit MMR peut provoquer une instabilité des microsatellites, détectable dans les tumeurs par des profils de tailles différentes des STR entre tissu normal et tissu tumoral.

Compléments

• Le xeroderma pigmentosum est une maladie autosomique récessive due à un déficit du NER, caractérisée par une sensibilité extrême aux UV, des lésions cutanées et des cancers cutanés précoces.

• Les mutations BRCA1 ou BRCA2 perturbent la recombinaison homologue et prédisposent notamment aux cancers du sein et de l’ovaire.

• Le NHEJ intervient aussi dans les recombinaisons V(D)J qui permettent de générer la diversité des immunoglobulines et des récepteurs des lymphocytes T.

💡 Astuce mémo

Déficit de réparation → instabilité génomique → prédisposition tumorale

📊 Tableaux de synthèse

Voies de réparation par type de lésion