L3-BH01 Cours n 7 Réparation de l ADN

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1 S. Bourgerie L3-BH01 Cours n 7 Réparation de l AD Ce cours est présent sur le web à l adresse suivante :

2 Plan Introduction I- Erreurs de la réplication mécanisme de leur réparation fonction de correction d épreuve des AD polymérases activité 3-5 exonucléasique de l AD pol I système de réparation des mésappariements mécanisme de réparation méthylation II- Dommages de l AD dommages spontanés désamination dépurination dommages provoqués radiation UV alkylation agents intercalant analogues de bases III- Systèmes de réparation des dommages de l AD réparation par simple réversion photoréactivation dé-alkylation B.E.R : base excision repair.e.r : nucleotide excision repair Synthèse translésionnelle Récapitulatif

3 ITRDUCTI Les mutations - correspondent à des changements permanents dans la séquence nucléotidique de l AD - peuvent aller du remplacement d une paire de bases par une autre (substitution) à l addition ou la délétion d une ou plusieurs paires de bases (insertion ou délétion) Mutation silencieuse : mutation touchant un AD non essentiel ou qui occasionne un effet négligeable Mutation favorable : celle qui confère un avantage à la cellule Le plus souvent les mutations sont néfastes

4 Toutes les cellules possèdent de multiples systèmes de réparation de l AD Système Enzymes - protéines Type d altération Réparation des erreurs d appariement Réparation directe Réparation par excision d une base Réparation par excision d un nucléotide Dam méthylase Protéines MutH, MutL, MutS AD hélicase II SSB AD polymérase III Exonucléase I AD ligase AD photolyases 6-méthylguanine transférase AD glycosylases Endonucléases AD polymérase I AD ligase Excinucléase ABC AD polymérase I AD ligase Erreurs d appariement Dimères de pyrimidine 6-méthylguanine Bases anormales Bases alkykées (dimères de pyrimidine) Lésions de l AD qui provoquent des changements structuraux

5 La correction d épreuve des AD polymérases

6 Un exemple d accident de la réplication : Transition TA - CG Transition : remplacement d une purine par une purine ou remplacement d une pyrimidine par une pyrimidine

7 Erreurs dans la réplication : un exemple

8 1 er type de réaction catalysée par l AD pol I : synthèse d AD

9 Structure de l AD polymérase I d E. coli

10 Fonction de correction d épreuves des AD polymérases Mise en œuvre d une activité 3-5 exonucléolytique

11 Correction d'épreuve Fonction de correction sur épreuve de l AD polymérase I : modèle

12 2 ème type de réaction catalysée par l AD pol I : Exonucléase Correction de l AD pol I : activité 3-5 exonucléase Lorsqu un nucléotide mal apparié par des liaisons hydrogène est accidentellement incorporé lors de la synthèse d AD, la polymérase s arrête, excise le nucléotide en cause et reprend sa copie.

13 idélité de la réplication de l AD Processus Fréquence d'erreur cumulée Appariement des bases 10-1 à 10-2 Sélectivité de l'ad polymérase et action correctrice par activité exonucléase 3'- 5' 10-5 à 10-6 Rôle des protéines accessoires (ssb par exemple) Correction postréplicative des mésappariements

14 Le système de réparation des erreurs de réplication de l AD (système MMR, mismatch repair ou système MutHLS chez E. coli) Les mésappariements de l AD susceptibles d être réparés par le système MMR sont, dans la grande majorité des cas, la conséquence d erreurs commises par l AD polymérase au cours du processus de réplication.

15 Correction des mésappariements suite à la réplication Les causes de mésappariements Imperfections de la correction des épreuves Tautomérisation spontanée

16 Mésappariements provoqués par les formes tautomériques des bases Appariement standard Appariement standard H 3 C H H H 3 C H H H H thymine (céto) adénine (amino) H cytosine (amino) H guanine (céto) Appariement anormal Appariement anormal H 3 C H H 3 C H H H H H thymine (énol) H H guanine (céto) cytosine (imino) adénine (amino)

17 Un exemple de substitution par commutation tautomérique type sauvage G C G forme énol Gé T mésappariement type sauvage G C A T type mutant 1 ère réplication 2 ème réplication Transition GC-AT

18 Système MutHLS (chez E. coli) 1 2 La méthylation pour distinguer le brin parental et le brin néoformé

19 Structure de la protéine MutS fixée à l AD

20 Méthylation et réparation des mésappariements AD hémiméthylé 1 réplication 3 le brin néosynthétisé est méthylé Les deux brins ne peuvent être distingués 2 Le brin matrice est méthylé; le brin néosynthétisé ne l est pas

21 DIRECTIALITE de la réparation : exonucléases intervenantes (a) Le motif GATC non méthylé est situé en 5 de la mutation (b) Le motif GATC non méthylé est situé en 3 de la mutation

22 Dommages de l AD

23 Mutations par modification chimique des bases Agents mutagènes Agents chimiques qui transforment la base : désamination de la cytosine (en uracile) qui perturbent la réplication en s intercalant dans l AD qui provoquent des transitions (A G) Agents physiques radiations (X, γ, UV) (Mutation spontanée : phénomène rare)

24 Types de mutations qui entraînent un changement de base Désamination H 2 H CH 2 CH 2 conséquence P - désamination P - U-A remplace C-G cytosine uracile corrigé par le retrait de U (remplacé par un C)

25 Dépurination H 2 CH 2 CH 2 dépurination conséquence P - adénine P - Une purine est absente Correction par insertion

26 Dimère de thymine H 3 C H H 3 C H CH 2 CH 2 H 3 C H H 3 C H P - P - CH 2 CH 2 conséquence irradiation par les UV Le dimère de thymine déforme le duplex P - P - correction par excision

27 Alkylation CH 3 H H H 2 H 2 CH 2 CH 2 alkylation conséquence P - guanine P - méthyl-guanine Le groupement méthyl déforme la double hélice correction par désalkylation

28 Les agents intercalant provoquent des changements de cadre de lecture H 2 H 2 proflavine H 3 C CH 3 acridine orange CH 3 CH 3

29 BET

30 Analogues des bases l AD peut incorporer le 5-BU à la place de la Thymine H 3 C Br Br H H H thymine 5-bromo uracile (forme céto) 5-bromo uracile (forme énol) Br H H Br H H H 5-bromo uracile (forme céto) courant adénine 5-bromo uracile (forme énol) H H rare guanine

31 Systèmes de réparation des dommages de l AD

32 Modes de réparation 1- réparation directe de la base mutée 2- réparation par excision d un fragment (la plus courante) (nécessite des nucléases)

33 Photoréactivation : élimination directe

34 H H dimère de pyrimidine sous forme cyclobutane Réparation des dimères de pyrimidin par la photolyase FADH 2 * FADH 2 -. radical flavine H H H -. H H -. H H H

35 Les agents alkylants l Ethylméthane Sulfonate (EMS) alkyle la Guanine

36 Protéines de dé-alkylation : élimination directe H 2 H 2 H CH AlkB CH 2 H + CH 2 H αcg 2 succinate C 2 HCHH 3-méthyl-cytosine cytosine

37 Systèmes de réparation par excision Tous les systèmes de réparation par excision fonctionnent de la même manière : Étapes : 1- reconnaissance de la région d AD endommagé 2- le brin d AD endommagé est scindé par une endonucléase 3- une exonucléase élimine un fragment du brin endommagé 4- une AD polymérase et une ligase réparent de concert la brèche

38 Base Excision Repair : vue générale

39 Réaction de l uracylglycosylase

40 Réparation oxog:a

41 Réparation par excision de nucléotide : Système UvrABC chez E. coli Deux molécules de UvrA et une molécule de UvrB forment un complexe. Ce complexe se déplace au hasard le long de l'ad. Quand le complexe rencontre une lésion, un changement de conformation se produit qui entraîne une dénaturation locale de l'hélice d'ad et une pliure de 130. Le dimère d'uvra se dissocie de UvrB et l'endonucléase UvrC (excinuclease) se fixe et coupe le brin d'ad en deux sites séparés de 12 à 13 bases. UvrB et UvrC se dissocient et une hélicase déroule la région endommagée et relâche le brin de 12 nucléotides qui est dégradé. Le trou est comblé par l AD polymérase I et recollé par la ligase.

42 ucleotide excision repair chez E. coli : récapitulatif Enzyme Protéine Fonction UvrA (104kDa) scanne l AD, se fixe à UvrB Excinucléase UvrB (78kDa) UvrC (68kDa) se fixe à l AD ; clive l AD, 5 nucléotides en aval de la lésion se fixe à UvrB ; clive l AD, 8 nucléotides en amont de la lésion AD hélicase UvrD enlève le fragment d AD AD polymérase AD polymérase I remplit la brèche AD ligase Lig scelle

43 Systèmes ER chez E. coli et chez l Homme

44 Réparation par recombinaison (ou réparation post-réplicative) a 3 b lésion BLCAGE de la REPLICATI BLCAGE de la REPLICATI puis reprise, laissant une lacune

45 Synthèse trans-lésionnelle

46

47 RECAPITULATIF Base modifiée par commutation tautomérique Dérapage réplicatif Dépurination Désamination oxydative Base remplacée par analogue de base Alkylation xydation Addition Pontage interbrin : dimères de T Pontage interbrin Cassures simple brin Réparation des mésappariements Réparation des mésappariements Réparation par excision de base Réparation par excision de base Réparation par excision de base Réparation par réversion directe Réparation par excision de base Réparation par excision de nucléotides Réversion directe, excision de nucléotides, recombinaison, SS Réparation par recombinaison Réparation par recombinaison

48 Quelles sont les conséquences des mutations? 2 conséquences principales des mutations 1- perte de fonction 2- gain de fonction

49 Maladies héréditaires et cancers provoqués par des anomalies du fonctionnement des systèmes de réparation de l AD

50 et chez les eucaryotes? C est plus complexe

51 Systèmes de réparation chez les eucaryotes (cellules de mammifères) 3 principaux : 1-6 -méthylguanine méthyl transférase: -responsable de l enlèvement de groupements méthyl ajoutés sur les bases par des agents alkylants (mécanisme de réparation directe) 2- Système BER (Base Excision Repair) - répare les dommages causés par l hydrolyse, les agents alkylant et les radicaux libres - enzymes clés: AD glycosylases - chacune reconnaît un type spécifique d altération de base 3- Système ER (ucleotide Excision Repair) - répare les dommages plus volumineux (ex: dimère pyrimidine) - défaillance associée à certaines maladies (xeroderma pigmentosum)

52 BER chez les eucaryotes Les enzymes du système BER : Différentes glycosylases pour différents types de dommages: 8 glycosylases chez les eucaryotes: - 4 qui reconnaissent les uraciles dans l AD - 3 qui reconnaissent les lésions de type oxydative - 1 spécifique pour les purines alkalonisées

53 ER chez les eucaryotes