Fiche de révision : Mésappariements et réparation de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Rôle général de la réparation
2. Types de mésappariements
3. Causes des mésappariements
4. Correction par polymérases et MMR
5. Lésions de l’ADN
6. Origines et conséquences des lésions
7. Principes des réparations de l’ADN
8. Réparations BER, NER et SSBR
9. Réparation des cassures doubles
10. Défauts de réparation et applications
11. Réparation et diversité immunitaire

📖 1. Rôle général de la réparation

🔑 Notions clés & Définitions

• Réparation de l’ADN : La réparation de l’ADN maintient la stabilité du génome en corrigeant les mésappariements et les altérations produites par les erreurs de réplication ou les agents mutagènes.

📝 Points essentiels

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

• Un défaut des systèmes de réparation peut entraîner une mort cellulaire, un vieillissement, des pathologies génétiques constitutionnelles, des cancers ou une augmentation de la plasticité du génome.

💡 Astuce mémo

Défaut de réparation → mutations, vieillissement et cancers

📖 2. Types de mésappariements

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésappariement : Appariement de bases azotées dans un acide nucléique double brin qui ne respecte pas les paires complémentaires A-T ou G-C.
• Hétéroduplex : Acide nucléique bicaténaire constitué de deux brins qui ne sont pas parfaitement complémentaires.

★ À maîtriser

📌 Un mésappariement simple concerne une seule paire de bases, tandis qu’une boucle d’insertion-délétion concerne une ou plusieurs paires de nucléotides non appariées.

Compléments

• Les boucles d’insertion-délétion sont particulièrement fréquentes dans les courtes séquences répétées en tandem, appelées STR ou microsatellites.

💡 Astuce mémo

Mésappariement simple = 1 paire ; boucle indel = plusieurs nucléotides

📖 3. Causes des mésappariements

★ À maîtriser

• Les erreurs des ADN polymérases résultent d’une incorporation incorrecte de nucléotides, d’un défaut de proofreading ou de la présence de formes tautomères minoritaires des bases.

• La désamination hydrolytique spontanée enlève un groupement amine et transforme une base en une autre, notamment la cytosine en uracile et la 5-méthylcytosine en thymine.

• Lors d’un dérapage réplicatif dans une séquence répétée, une boucle sur le brin néosynthétisé entraîne une insertion, tandis qu’une boucle sur le brin matrice entraîne une délétion si elle n’est pas réparée.

Compléments

• Environ 3 % des cytosines du génome humain sont méthylées en carbone 5, et la désamination de la 5-méthylcytosine est trois fois plus fréquente que celle de la cytosine non méthylée.

💡 Astuce mémo

Réplication → désamination → dérapage

📖 4. Correction par polymérases et MMR

★ À maîtriser

• L’activité exonucléasique 3’→5’ des ADN polymérases δ et ε retire le dernier nucléotide mal incorporé et corrige environ 99 % des mésappariements initiaux.

• Le système MMR reconnaît le mésappariement par MSH, incise le brin néosynthétisé par MLH, excise la portion contenant l’erreur grâce à EXO1, puis la resynthétise et la ligature.

• Le système MMR réduit la fréquence résiduelle des erreurs de réplication à moins d’une erreur pour 10^9 à 10^10 nucléotides.

Compléments

• 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.

💡 Astuce mémo

Reconnaissance → incision → excision → resynthèse-ligature

📖 5. Lésions de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Lésion de l’ADN : Altération chimique ou structurale potentiellement réversible par réparation, qui peut concerner les bases, les nucléotides, un ou deux brins ou les liaisons entre brins.

★ À maîtriser

• Les principales lésions de l’ADN comprennent:
  • les cassures simple brin
  • les cassures double brin
  • les pontages intra- ou interbrins
  • les dimères de pyrimidines
  • les adduits
  • les désaminations
  • les lésions oxydatives
  • les pertes de bases

Compléments

• La 8-oxoguanine est la lésion oxydative la plus fréquente parmi environ 100 lésions oxydatives différentes.

📖 6. Origines et conséquences des lésions

★ À maîtriser

• Les principales origines endogènes sont:

  • les erreurs de réplication
  • les erreurs de recombinaison
  • la transposition
  • les produits du métabolisme
  • les radicaux libres de l’oxygène
  • les hydrolyses spontanées

• Les rayons UV provoquent principalement des dimères de thymine, tandis que les radiations ionisantes provoquent des cassures simple et double brin.

📌 Une lésion réparée sans changement de séquence aboutit à une restitutio ad integrum, une lésion réparée avec modification de séquence devient mutagène, et une lésion irréparable peut provoquer la mort cellulaire.

Compléments

• Les lésions de l’ADN surviennent à plus de 20 000 par cellule et par jour, mais ces estimations sont approximatives et ne sont pas à retenir.

💡 Astuce mémo

Endogène = métabolisme et hydrolyse ; exogène = UV, radiations et mutagènes

📖 7. Principes des réparations de l’ADN

📝 Points essentiels

• La réparation générale de l’ADN comprend la détection du dommage, le recrutement des protéines, l’incision ou l’excision du brin lésé, la resynthèse du brin et la ligature.

• Les grandes catégories de réparation sont: la réparation directe, le MMR, le BER, le NER, la réparation des cassures simple brin, la réparation des cassures double brin par HR ou NHEJ

• La létalité synthétique survient 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.

💡 Astuce mémo

Détecter → exciser → resynthétiser → ligaturer

📖 8. Réparations BER, NER et SSBR

🔑 Notions clés & Définitions

• Réparation BER : Excise les petites lésions de bases qui ne déforment pas fortement l’ADN, notamment les bases oxydées, désaminées ou alkylées.
• Réparation NER : Excise une portion de nucléotides autour des lésions volumineuses ou déformant fortement l’ADN, comme les dimères de thymine induits par les UV.

★ À maîtriser

• Le BER reconnaît la base lésée par une ADN glycosylase, crée un site AP, l’incise avec APE1, remplace le nucléotide par une ADN polymérase puis ferme l’entaille avec une ligase.

Compléments

• Le NER implique plus de 20 protéines, dont sept protéines XP, et excise environ 22 à 32 nucléotides sur un seul brin.

💡 Astuce mémo

BER corrige les petites bases ; NER les grosses distorsions

📖 9. Réparation des cassures doubles

📝 Points essentiels

• La réparation des cassures double brin utilise principalement la recombinaison homologue HR ou la jonction d’extrémités non homologues NHEJ.

• La recombinaison homologue reconnaît la cassure par MRN et BRCA1, résecte les extrémités, recherche une séquence homologue avec RAD51, synthétise l’ADN puis résout les jonctions et ligature les extrémités.

• La recombinaison homologue est une réparation fidèle qui utilise généralement la chromatide sœur comme matrice pendant les phases S et G2 du cycle cellulaire.

• La NHEJ reconnaît la cassure par Ku70-Ku80, recrute DNA-PKcs et ARTEMIS, remodèle les extrémités puis les ligature grâce au complexe XRCC4-ligase IV.

💡 Astuce mémo

HR fidèle avec matrice ; NHEJ rapide sans matrice

📖 10. Défauts de réparation et applications

★ À maîtriser

• Une mutation constitutionnelle de MSH2, MSH6, MLH1 ou PMS2 peut provoquer le syndrome de Lynch, caractérisé par une prédisposition autosomique dominante à plusieurs cancers.

• Un déficit fonctionnel du MMR provoque une instabilité des microsatellites, détectable par la présence de tailles différentes de STR dans les tumeurs.

Compléments

• Le risque cumulatif de cancer colorectal à 75 ans est d’environ 3 % dans la population générale et de 50 % en cas de syndrome de Lynch associé à MLH1.

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

💡 Astuce mémo

Déficit de réparation → instabilité génomique → prédisposition aux cancers

📖 11. Réparation et diversité immunitaire

★ À maîtriser

• La NHEJ participe aux recombinaisons V(D)J qui génèrent la diversité des immunoglobulines des lymphocytes B et des récepteurs des lymphocytes T.

• Pour les chaînes lourdes des immunoglobulines, la recombinaison V(D)J s’effectue en deux temps, d’abord D-J puis V-DJ.

Compléments

• La recombinaison V(D)J permet de générer un répertoire immense de récepteurs spécifiques des antigènes grâce à des recombinaisons somatiques séquentielles.

💡 Astuce mémo

V → D → J : recombinaison séquentielle des immunoglobulines

📊 Tableaux de synthèse

Principales voies de réparation