Fiche de révision : Réplication de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Principes structuraux de l’ADN
2. Synthèse semi-conservative et asymétrique
3. Préparation et initiation
4. Élongation à la fourche
5. ADN-polymérases et fidélité
6. Terminaison et télomères
7. Applications et intérêt médical

📖 1. Principes structuraux de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication de l’ADN : Duplication fidèle de l’information génétique d’une cellule, produisant deux molécules d’ADN double brin identiques entre elles et à la molécule d’origine.
• Réplisome : Complexe multiprotéique permettant la réplication de l’ADN pendant la phase d’élongation, au niveau d’une fourche de réplication.

📝 Points essentiels

• Les bases nucléotidiques s’apparient spécifiquement selon les couples A=T et G≡C, avec respectivement deux et trois liaisons hydrogène.

📌 Les deux brins de l’ADN sont antiparallèles : l’un est orienté 5’→3’ et l’autre 3’→5’.

💡 Astuce mémo

Complémentarité des bases, antiparallélisme des brins

📖 2. Synthèse semi-conservative et asymétrique

📝 Points essentiels

📌 Les ADN-polymérases synthétisent le nouveau brin uniquement dans le sens 5’→3’ en ajoutant chaque dNTP à l’extrémité 3’-OH du brin en croissance.

• La synthèse d’un nucléotide forme une liaison phosphodiester entre le 3’-OH terminal et le phosphate α du dNTP entrant, avec libération d’un pyrophosphate.

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

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

📌 Le brin précoce est synthétisé continûment dans le sens d’ouverture de la fourche, tandis que le brin retardé est synthétisé de façon discontinue sous forme de fragments d’Okazaki.

💡 Astuce mémo

Origine → deux fourches → brin précoce et brin retardé

📖 3. Préparation et initiation

★ À maîtriser

• 🔄 L’initiation eucaryote comprend quatre étapes:

  1. Reconnaissance de l’origine
  2. Chargement des hélicases MCM2-7
  3. Activation des hélicases
  4. Mise en place du réplisome

• Le complexe ORC1-6 reconnaît les origines et participe au chargement des hélicases MCM2-7 avec CDC6 et CDT1.

• L’activation des hélicases en phase S dépend des phosphorylations réalisées par DDK et CDK-S, ainsi que des protéines CDC45 et GINS, qui forment le complexe CMG actif.

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

Compléments

• Chez l’être humain, environ 300 000 à 500 000 origines sont autorisées, mais seulement environ 10 % sont activées, soit 30 000 à 50 000 origines.

💡 Astuce mémo

Reconnaître → charger → activer → répliquer

📖 4. Élongation à la fourche

★ À maîtriser

• Les topoisomérases de type I coupent un seul brin sans ATP, tandis que les topoisomérases de type II coupent les deux brins et nécessitent de l’ATP.

• Les protéines RPA chez les eucaryotes et SSB chez les procaryotes se fixent à l’ADN simple brin et empêchent la réassociation prématurée des deux brins.

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

Compléments

• Le brin retardé nécessite une amorce d’ARN pour chaque fragment d’Okazaki, soit environ une amorce tous les 200 désoxynucléotides chez les eucaryotes.

• Le modèle du trombone forme des boucles d’ADN transitoires sur le brin retardé afin que les deux polymérases progressent dans le même sens.

💡 Astuce mémo

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

📖 5. ADN-polymérases et fidélité

📝 Points essentiels

• Chez les eucaryotes, les polymérases réplicatives principales sont α, δ et ε, tandis que la polymérase γ réplique l’ADN mitochondrial.

📌 La polymérase δ synthétise principalement le brin retardé, tandis que la polymérase ε synthétise principalement le brin précoce.

• PCNA est un anneau coulissant homotrimérique chargé sur l’ADN par RFC, qui augmente la processivité des polymérases δ et ε.

📌 Les polymérases δ et ε possèdent une activité exonucléasique 3’→5’ permettant la relecture et la correction des nucléotides mal appariés.

💡 Astuce mémo

Polymérase α amorce, δ retarde, ε avance

📖 6. Terminaison et télomères

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomères : Extrémités chromosomiques constituées de séquences répétitives d’ADN et de facteurs protéiques protecteurs.
• Télomérase : Transcriptase inverse ARN-dépendante composée de la protéine TERT et de l’ARN matrice TERC, qui ajoute des répétitions télomériques aux extrémités chromosomiques.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le raboutage se déroule en trois étapes:

  1. Déplacement de l’amorce par la polymérase δ
  2. Coupure de l’amorce par FEN1
  3. Soudure des fragments par une ADN-ligase

• Chez les vertébrés, les télomères contiennent le motif répété 5’-TTAGGG-3’ sur environ 10 à 15 kb, soit 1 500 à 2 500 copies.

📌 La synthèse discontinue ne permet pas de répliquer complètement l’extrémité des chromosomes linéaires après retrait de l’amorce du dernier fragment d’Okazaki, ce qui entraîne un raccourcissement télomérique.

💡 Astuce mémo

Perte de l’amorce terminale → raccourcissement des télomères → sénescence

📖 7. Applications et intérêt médical

★ À maîtriser

• Les erreurs de réplication sont des causes principales de mutations, et les mutations de protéines du système de réplication peuvent provoquer des maladies héréditaires ou des cancers.

• Le principe de réplication est utilisé pour:

  • PCR
  • qPCR
  • dPCR
  • RT-PCR
  • Séquençage de Sanger
  • Séquençage haut débit
  • Marquage de sondes d’ADN par nick-translation

Compléments

• Le syndrome de Gorlin-Meier peut résulter de mutations hypomorphes de gènes codant ORC ou des protéines accessoires CDC6, CDT1 et CDC45.

• Les inhibiteurs de topoisomérases stabilisent les coupures transitoires de l’ADN et empêchent leur religation, ce qui constitue une stratégie anticancéreuse ou antibiotique.

💡 Astuce mémo

Comprendre → explorer → cibler

📊 Tableaux de synthèse

Caractéristiques de la réplication