Fiche de révision : Réplication de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la réplication
2. Synthèse semi-conservative
3. Initiation et origines
4. Élongation à la fourche
5. ADN polymérases et correction
6. Terminaison et fragments d’Okazaki
7. Télomères et télomérase
8. Régulation et cycle cellulaire
9. Applications médicales et génomiques

📖 1. Fondements de la réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication de l’ADN : Duplication fidèle de l’information génétique, produisant deux molécules d’ADN double brin identiques entre elles et à la molécule d’origine avant la division cellulaire.
• Réplisome : Complexe multiprotéique qui permet la réplication de l’ADN pendant l’élongation au niveau d’une fourche de réplication.
• Réplicon : Unité de réplication de l’ADN qui se réplique à partir d’une seule origine de réplication.

📝 Points essentiels

• Chez les eucaryotes, le génome nucléaire est linéaire, réparti sur plusieurs chromosomes et possède de nombreuses origines de réplication, tandis que le génome bactérien est généralement circulaire et possède une seule origine.

💡 Astuce mémo

CABI : complémentaire, antiparallèle, bidirectionnelle, irréversible

📖 2. Synthèse semi-conservative

📝 Points essentiels

📌 La synthèse d’ADN est polarisée et se déroule uniquement dans le sens 5’→3’, par ajout de dNTP à l’extrémité 3’-OH du brin néosynthétisé.

• La réplication est semi-conservative, car chaque molécule d’ADN fille contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé. — Meselson et Stahl, The Replication of DNA in Escherichia coli, 1958

• La réplication débute à une origine et progresse dans deux directions opposées, ce qui forme une bulle contenant deux fourches de réplication. — J. Cairns, The bacterial chromosome and its manner of replication as seen by autoradiography, 1963

📌 La réplication est asymétrique : le brin précoce est synthétisé continûment dans le sens d’ouverture de la fourche, tandis que le brin retardé est synthétisé de façon discontinue en fragments d’Okazaki.

💡 Astuce mémo

Conservatif garde l’ancien double brin, semi-conservatif associe un brin ancien et un brin nouveau

📖 3. Initiation et origines

★ À maîtriser

• 🔄 Les étapes de l’initiation sont:

  1. Reconnaissance de l’origine par ORC1-6
  2. Chargement de deux hélicases MCM2-7
  3. Activation en complexe CMG
  4. Mise en place du réplisome

• Chez Homo sapiens, environ 300 000 à 500 000 origines sont autorisées, mais seulement environ 10 % d’entre elles, soit 30 000 à 50 000, sont activées.

Compléments

• Le complexe ORC1-6 reconnaît les origines eucaryotes et participe au chargement des hélicases MCM2-7, sans dépendre directement d’une séquence d’ADN spécifique chez les eucaryotes supérieurs.

💡 Astuce mémo

ORI → ORC → MCM → CMG

📖 4. Élongation à la fourche

🔑 Notions clés & Définitions

• Topoisomérases : Enzymes qui modifient temporairement la topologie de l’ADN par coupure puis religation de brins, afin de supprimer les supertours et les enchevêtrements.

★ À maîtriser

• À la fourche, les topoisomérases relâchent les contraintes de torsion, RPA stabilise les ADN simple brin, une primase synthétise une amorce d’ARN et les ADN polymérases allongent les nouveaux brins.

• Une primase synthétise une amorce d’ARN d’environ 10 nucléotides, puis la polymérase α la prolonge d’environ 20 désoxynucléotides.

Compléments

• Les fragments d’Okazaki mesurent environ 200 nucléotides chez les eucaryotes, contre environ 2 000 nucléotides chez les procaryotes.

💡 Astuce mémo

Ouverture de l’ADN → stabilisation des brins → amorçage → synthèse

📖 5. ADN polymérases et correction

🔑 Notions clés & Définitions

• PCNA : Anneau coulissant homotrimérique chargé par le facteur RFC, qui augmente la processivité des polymérases δ et ε.

📝 Points essentiels

📌 Chez les eucaryotes, la polymérase ε synthétise principalement le brin précoce continu, tandis que la polymérase δ synthétise principalement le brin retardé discontinu.

📌 Les polymérases δ et ε possèdent une activité exonucléasique 3’→5’ de relecture qui retire le dernier nucléotide mal apparié et permet la reprise de la synthèse.

💡 Astuce mémo

Pol ε avance en continu, Pol δ progresse par fragments

📖 6. Terminaison et fragments d’Okazaki

★ À maîtriser

• Le raboutage d’un fragment d’Okazaki s’effectue par élimination de l’amorce ARN par RNase H1 et FEN1, remplacement de la séquence par la polymérase δ, puis soudure par l’ADN ligase 1.

Compléments

📌 L’ADN ligase 1 utilise l’ATP pour former une liaison phosphodiester entre l’extrémité 3’-OH d’un fragment et l’extrémité 5’-phosphate du fragment adjacent.

💡 Astuce mémo

RNase H1 → FEN1 → ligase

📖 7. Télomères et télomérase

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomères : Extrémités chromosomiques constituées de séquences répétées d’ADN et de protéines protectrices formant notamment le complexe shelterin.

★ À maîtriser

• Chez les vertébrés, les télomères contiennent la répétition hexanucléotidique 5’-TTAGGG-3’, sur environ 10 à 15 kilobases et 1 500 à 2 500 copies.

• La télomérase allonge les télomères grâce à sa partie protéique TERT et à son ARN matrice TERC, qui permet la rétrotranscription de nouvelles répétitions télomériques.

Compléments

• Dans les cellules somatiques adultes, la télomérase est absente ou présente en très faible quantité, ce qui entraîne un raccourcissement télomérique progressif et peut conduire à la sénescence réplicative.

💡 Astuce mémo

Divisions successives → raccourcissement télomérique → sénescence

📖 8. Régulation et cycle cellulaire

★ À maîtriser

📌 La phase de licensing charge deux hélicases MCM2-7 inactives en G1, tandis que la phase de firing les active au début de la phase S par phosphorylation et formation du complexe CMG.

📌 La séparation temporelle entre chargement et activation des hélicases garantit que chaque molécule d’ADN est répliquée une seule fois par cycle cellulaire.

Compléments

• Les kinases CDK-S et DDK phosphorylent les composants nécessaires à l’activation des hélicases MCM2-7 au début de la phase S.

💡 Astuce mémo

Licensing charge les hélicases, firing les active

📖 9. Applications médicales et génomiques

★ À maîtriser

• Les erreurs de réplication sont une cause majeure de mutations, et les mutations des gènes codant des protéines de réplication peuvent provoquer des maladies héréditaires ou des cancers.

• Le principe de la réplication est utilisé pour la PCR, la qPCR, la dPCR, la RT-PCR, le séquençage de Sanger, le séquençage haut débit et le marquage de sondes d’ADN par nick-translation.

Compléments

📌 Les agents alkylants forment des liaisons covalentes entre les deux brins d’ADN, les agents intercalants s’insèrent entre deux paires de bases et les inhibiteurs de topoisomérases empêchent la religation des brins coupés.

📊 Tableaux de synthèse

Organisation des brins néosynthétisés

Types de topoisomérases