Fiche de révision : Réplication de l’ADN

📋 Plan du Cours

1. Définitions et modèles cellulaires
2. Principes structuraux de la réplication
3. Origines et initiation eucaryote
4. Fourche et mécanismes d’élongation
5. ADN-polymérases et correction
6. Fragments d’Okazaki et terminaison
7. Télomères et télomérase
8. Régulation et fidélité du cycle
9. Applications médicales et thérapeutiques

📖 1. Définitions et modèles cellulaires

🔑 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.
• Réplicon : Unité de réplication de l’ADN qui se réplique à partir d’une seule origine de réplication.

📝 Points essentiels

📌 Chez les procaryotes, l’ADN est généralement circulaire avec une seule origine et un génome de 1 à 5 × 10⁶ paires de bases, tandis que chez les eucaryotes l’ADN est linéaire, réparti sur plusieurs chromosomes, avec de nombreuses origines et environ 3 × 10⁹ paires de bases chez l’être humain.

💡 Astuce mémo

Procaryote simple et rapide, eucaryote complexe et compartimenté

📖 2. Principes structuraux de la réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Synthèse polarisée : La synthèse de l’ADN est polarisée et s’effectue uniquement dans le sens 5’ → 3’, par ajout de nucléotides à l’extrémité 3’-OH du brin néosynthétisé.

📝 Points essentiels

• La complémentarité des bases impose les appariements A-T et G-C, ce qui permet une copie fidèle de l’ADN.

• La réplication est semi-conservative car chaque molécule d’ADN fille contient un brin parental et un brin néosynthétisé.

• La réplication est bidirectionnelle car une origine produit une bulle de réplication avec deux fourches progressant en sens opposés, et elle est asymétrique car un brin est synthétisé continûment tandis que l’autre l’est par fragments d’Okazaki.

💡 Astuce mémo

CSBA : complémentaire, semi-conservative, bidirectionnelle, asymétrique

📖 3. Origines et initiation eucaryote

★ À maîtriser

• 🔄 L’initiation eucaryote comprend successivement:

  1. la reconnaissance de l’origine par ORC1-6
  2. le chargement de deux hélicases MCM2-7
  3. l’activation en complexe CMG
  4. la mise en place du réplisome

• Le complexe MCM2-7 est une hélicase réplicative formée de six sous-unités qui sépare les deux brins d’ADN en rompant les liaisons hydrogène entre les bases appariées.

📌 La séparation temporelle entre le licensing et le firing 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 %, soit 30 000 à 50 000, sont activées.

💡 Astuce mémo

ORC → chargement MCM → activation CMG → réplisome

📖 4. Fourche et mécanismes d’élongation

★ À maîtriser

• 🔄 À la fourche de réplication: la topoisomérase réduit les contraintes de torsion, RPA stabilise les brins simples, la primase pose une amorce d’ARN, les ADN-polymérases allongent les nouveaux brins

📌 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.

• La 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 et environ 2 000 nucléotides chez les procaryotes.

💡 Astuce mémo

Une fourche en Y où l’hélicase ouvre l’ADN et les polymérases avancent

📖 5. ADN-polymérases et correction

🔑 Notions clés & Définitions

• Anneau coulissant PCNA : Homotrimère formant un anneau autour de l’ADN et augmentant la processivité des polymérases δ et ε.

📝 Points essentiels

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

📌 Les polymérases δ et ε possèdent une activité exonucléasique 3’ → 5’ qui permet la relecture et la correction immédiate d’un nucléotide mal incorporé.

💡 Astuce mémo

Polymérase ε sur le brin avancé, polymérase δ sur le brin retardé

📖 6. Fragments d’Okazaki et terminaison

📝 Points essentiels

• 🔄 Le raboutage des fragments d’Okazaki fait intervenir successivement:
  1. la RNase H1
  2. la polymérase δ
  3. l’endonucléase FEN1
  4. l’ADN ligase 1

📌 L’ADN ligase 1 reconstitue la liaison phosphodiester entre le 3’-OH et le 5’-phosphate de deux nucléotides voisins en utilisant l’ATP comme cofacteur énergétique.

💡 Astuce mémo

RNase H1 → FEN1 → ligase

📖 7. Télomères et télomérase

🔑 Notions clés & Définitions

• Télomérase : Ribonucléoprotéine à activité de transcriptase inverse qui utilise son ARN TERC comme matrice pour ajouter des répétitions télomériques à l’extrémité des chromosomes.

📝 Points essentiels

• Les télomères humains contiennent des répétitions du motif hexanucléotidique 5’-TTAGGG-3’ sur environ 10 à 15 kb, soit environ 1 500 à 2 500 copies.

📌 La perte de l’amorce du dernier fragment d’Okazaki empêche la réplication complète des extrémités des chromosomes linéaires et provoque un raccourcissement des télomères à chaque division somatique.

💡 Astuce mémo

Perte du dernier fragment → raccourcissement télomérique → sénescence

📖 8. Régulation et fidélité du cycle

★ À maîtriser

📌 Les kinases CDK et DDK coordonnent l’activation des hélicases avec la phase S du cycle cellulaire par phosphorylation.

Compléments

• La réplication humaine utilise une vitesse d’environ 50 nucléotides par seconde et de nombreuses origines afin de répliquer un génome d’environ 3,2 Gb.

💡 Astuce mémo

Séparation licence/firing → une seule réplication par cycle

📖 9. Applications médicales et thérapeutiques

★ À maîtriser

• Les erreurs de réplication sont des causes principales des mutations, et les mutations de 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
  • le marquage de sondes par nick-translation

Compléments

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

📊 Tableaux de synthèse

Brins néosynthétisés

Topoisomérases