Fiche de révision : Réplication de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux de la réplication
2. Réplication et cycle cellulaire
3. Modèles et propriétés fondamentales
4. Origines et initiation
5. Organisation de la fourche
6. ADN polymérases et contrôle
7. Élongation et terminaison
8. Télomères et télomérase
9. Applications médicales

📖 1. Principes généraux de la réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication : Duplication fidèle de l’information génétique contenue dans l’ADN d’une cellule.
• Réplicon : Unité de réplication de l’ADN qui se réplique à partir d’une seule origine.
• Réplisome : Complexe multiprotéique qui réplique l’ADN pendant l’élongation, au niveau d’une fourche de réplication.

📝 Points essentiels

• La réplication aboutit à la synthèse de deux molécules d’ADN double brin identiques entre elles et à la molécule d’origine, ce qui prépare la division cellulaire.

📖 2. Réplication et cycle cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• CDK : Kinase dépendante d’une cycline, dont l’activité de phosphorylation varie au cours du cycle cellulaire.

★ À maîtriser

• L’interphase du cycle cellulaire comprend les phases G1, S et G2.

• La préparation et l’initiation de la réplication se déroulent avant la phase S, tandis que l’élongation et la terminaison ont lieu pendant la phase S.

Compléments

• Les associations cycline-CDK sont: cycline D avec CDK4/6 en G1, cycline E avec CDK2 lors de la transition G2-S, cycline A avec CDK1 en phase S

💡 Astuce mémo

G1 : préparation, S : synthèse, G2 : contrôle

📖 3. Modèles et propriétés fondamentales

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication semi-conservative : Meselson et Stahl, 1958 — Production de deux doubles hélices constituées chacune d’un brin parental et d’un brin nouvellement synthétisé.

📝 Points essentiels

📌 Chez les procaryotes, l’ADN est circulaire, le génome contient un seul réplicon et la réplication dépasse 500 nucléotides par seconde, tandis que chez les eucaryotes l’ADN est linéaire, organisé en plusieurs chromosomes et répliqué à environ 50 nucléotides par seconde.

• La complémentarité des bases repose sur l’appariement A=T par deux liaisons hydrogène et C≡G par trois liaisons hydrogène.

📌 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 d’environ 200 dNTP. — Okasaki, 1968

💡 Astuce mémo

Précoce = continu ; retardé = discontinu

📖 4. Origines et initiation

★ À maîtriser

• Chez l’homme, 300 000 à 500 000 origines de réplication sont autorisées, mais seulement environ 10 % sont activées.

• 🔄 La mise en place d’une origine suit les étapes:

  1. Reconnaissance par ORC1-6
  2. Chargement de deux hélicases MCM2-7
  3. Activation en phase S

📌 En début de phase S, CDC6 et CDT1 sont inhibées ou dégradées afin d’empêcher un nouveau chargement des hélicases et une réplication multiple d’une même origine.

Compléments

• L’activation des hélicases dépend des kinases CDK2 et DDK ainsi que des protéines CDC45 et GINS, ce qui forme le complexe CMG.

💡 Astuce mémo

Reconnaître → charger → activer

📖 5. Organisation de la fourche

🔑 Notions clés & Définitions

• Topoisomérase : Enzyme qui modifie la topologie de l’ADN par des coupures et des réparations, afin de réduire les contraintes de torsion et l’entremêlement de l’ADN.
• Amorce d’ARN : Une amorce d’ARN d’environ 10 nucléotides est synthétisée par une primase, car les ADN polymérases ne peuvent pas initier seules la synthèse d’ADN.

★ À maîtriser

📌 Les topoisomérases de type I coupent et réparent un seul brin sans ATP, tandis que les topoisomérases de type II coupent et réparent les deux brins avec consommation d’ATP.

Compléments

• La RPA se fixe temporairement aux bases exposées des brins séparés pour empêcher leur réassociation et permettre l’action des polymérases.

💡 Astuce mémo

Une fourche en Y, stabilisée par RPA, avance derrière l’hélicase

📖 6. ADN polymérases et contrôle

★ À maîtriser

📌 La synthèse de l’ADN se fait obligatoirement dans le sens 5’→3’ du brin nouvellement synthétisé, par ajout de nucléotides à son extrémité 3’-OH.

📌 Chez les eucaryotes, les polymérases α, δ et ε sont réplicatives, tandis que β, τ, ν et μ participent principalement à la réparation de l’ADN.

• La Polα-primase synthétise successivement une amorce d’ARN par sa primase puis un segment d’ADN par la polymérase α.

• Les polymérases δ et ε corrigent immédiatement un mauvais appariement en reconnaissant puis en dégradant le dernier nucléotide incorporé.

Compléments

• L’anneau coulissant PCNA est un hétérotrimère mis en place par RFC qui augmente la processivité des polymérases δ et ε.

💡 Astuce mémo

Pol ε mène ; Pol δ retarde

📖 7. Élongation et terminaison

🔑 Notions clés & Définitions

• ADN ligase : Enzyme qui catalyse la formation d’une liaison phosphodiester entre deux segments d’ADN, notamment lors de la suture des fragments d’Okazaki.

★ À maîtriser

• 🔄 Le raboutage des fragments suit les étapes:
  1. Déplacement de l’amorce par la Polα
  2. Coupure de l’amorce par une endonucléase
  3. Suture des fragments par une ligase

Compléments

• La formation d’une liaison phosphodiester résulte de l’attaque du 3’-OH du dernier dNMP sur le phosphate α du dNTP entrant, avec libération puis hydrolyse irréversible du pyrophosphate.

💡 Astuce mémo

Amorcer → allonger → retirer → ligaturer

📖 8. Télomères et télomérase

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomère : Extrémité chromosomique constituée d’un complexe nucléoprotéique et contenant des séquences répétées 5’-TTAGGG-3’.
• Télomérase : La télomérase est une transcriptase inverse ARN-dépendante composée d’une sous-unité protéique TERT et d’un ARN TERC servant de matrice pour les séquences TTAGGG.

📝 Points essentiels

📌 La réplication discontinue entraîne la perte de l’amorce d’ARN du dernier fragment d’Okazaki et empêche la réplication complète des extrémités des chromosomes linéaires.

• Lorsque les télomères deviennent trop courts, la cellule cesse de se diviser et entre en sénescence réplicative.

💡 Astuce mémo

Perte du dernier primer → raccourcissement → sénescence

📖 9. Applications médicales

★ À maîtriser

• Les erreurs de réplication peuvent provoquer des mutations, tandis que les mutations des gènes des protéines de réplication peuvent être associées à des maladies héréditaires et à des cancers.

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

Compléments

• Le principe est utilisé pour:

  • la PCR
  • le séquençage de l’ADN
  • le marquage de sondes ADN

• Les fluoroquinolones inhibent les topoisomérases de type II bactériennes sans effet sur leurs équivalents eucaryotes, tandis que l’étoposide provoque des cassures double brin et empêche la mitose des cellules tumorales.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison procaryotes et eucaryotes