2.4 : réplication de l'ADN chez les eucaryotes Flashcards
Différences entre la réplication chez les eucaryotes et les procaryotes?
- Période de réplication durant le cycle cellulaire (eu)
- Nature des protéines de réplication
- Nombre de réplicons (++ eu)
- Régulation de l’initiation de la réplication est différente (pro = méthylation)
- Eu → problème de la réplication des extrémités des chromosomes linéaires
Comment les eucaryotes répliquent-ils leur ADN chromosomique?
Pendant une courte période du cycle cellulaire appelée phase S
Le cycle cellulaire des eu comporte combien de phases?
4
- G2 (phase préparatoire)
- M (division cellulaire, mitose)
- G1 (période de croissance)
- S (réplication)
Quelles sont les 2 phases qui servent de points de contrôle dans le cycle cellulaire des eu?
G1 et G2
- G1 = préparation pour la réplication
- G2 = préparation pour la division cellulaire
Quelle phase du cycle cellulaire des eu est la plus courte?
La phase M (division cellulaire)
Cycle cellulaire : qu’est-ce que la phase G0?
Comme une extension de la phase G1
- pour les cellules du muscle, du cerveau ou les cellules qui vivent longtemps
- Préparation de la réplication est plus longue que la normale, donc phase variable
Avec quoi doit être coordonnée la réplication de l’ADN? Dans quel but?
- Doit être coordonnée avec la mitose
- Afin que chaque chromosome soit complètement répliqué une seule fois avant que la mitose ne débute
Où s’arrête le cycle cellulaire si les gènes critiques intervenant dans le contrôle du cycle cellulaire sont mutés ou si l’ADN est endommagée?
À l’un des points de contrôle, soit dans la phase G1 ou G2
Conséquence de la réplication incomplète de l’ADN eucaryotique?
ADN n’est pas totalement répliquée → cassure au niveau d’une fourche de réplication lorsque la force de traction agit pour séparer les 2 brins → ¢ filles ne peuvent pas survivre à un tel stress
Vrai ou faux : autant d’ADN pol chez les procaryotes que chez les eucaryotes.
Faux, beaucoup plus chez les eu
Rôle de l’ADN pol α?
Synthèse de l’amorce pendant la réplication de l’ADN
Rôle de l’ADN pol β?
Excision des paires de bases
Rôle de l’ADN pol γ?
- Réplication et réparation de l’ADN mitochondriale
Rôle de l’ADN pol δ?
Synthèse du brin retardé, excision et réparation de nucléotides
Rôle de l’ADN pol ε?
Synthèse du brin avancé, excision et réparation de nucléotides (spécialisation)
Vrai ou faux :
Toutes les ADN pol des eu sont des polymérases fidèles.
Faux, pas toutes.
Pol γ, δ et ε oui, car elles possèdent une activité exonucléase 3’-5’
Quelles ADN pol des eucaryotes possèdent une activité exonucléase 5’-3’?
Aucune!!! Spécifique aux bactéries
Où les ADN polymérases α, δ et ε exercent-ils leur fonction?
Au niveau de la fourche de réplication
Quelle protéine permet de retenir l’enzyme (ADN pol) sur la matrice ?
PCNA → anneau qui entoure l’ADN, rôle équivalent à l’anneau β chez les bactéries
Qu’est-ce qui synthétise les amorces d’ARN au début du brin avancé et au commencement de chaque fragment d’Okazaki?
Le complexe ADN pol α/primase
Qu’est-ce qui synthétise les amorces d’ARN au début du brin avancé et au commencement de chaque fragment d’Okazaki?
Le complexe ADN pol α/primase
Caractéristique du complexe ADN pol α/primase?
FAIBLE processivité (100-200 nt, mais allonge d’environ 30 nt)
Qu’est-ce que le facteur de réplication C?
- Protéine accessoire qui a pour rôle de contrôler l’attachement et le détachement de l’enzyme au brin retardé
- Plusieurs sous-unités
Protéine PCNA?
- Trimère (3 SU avec chacun 2 domaines)
- Forme un anneau autour de l’ADN
Vrai ou faux :
L’anneau β et la protéine PCNA montrent beaucoup de similitude au niveau de leurs séquences primaires.
Faux, peu de similitudes au niveau des séquences primaires même si les structures 3D sont presque identiques (évolutions convergentes)
Intérieur de la protéine PCNA? Extérieur?
- I : hélices α
- E : feuillets β
Qu’implique la faible processivité du complexe Pol α/primase?
Le complexe doit être remplacé par l’ADN polymérase δ ou ε → mais puisque pol α ne possède pas exonucléase 3’-5’, l’amorce allongée n’est pas vérifiée par des mécanisme d’édition → mésappariements possibles
ADN pol des eu ne possèdent pas d’activité exonucléase 5’-3’ ; ce que cela implique?
Elles ne peuvent pas enlever les amorces d’ARN
Qu’est-ce qui enlève les amorces d’ARN chez les eu?
RNAse H et FEN-1 (flap endonucléases)
Comment fonctionne l’enlèvement des amorces par RNAse H et FEN-1?
- RNAse H enlève l’amorce mais laisse le dernier nucléotide
- FEN-1 enlève le dernier nucléotide et un peu d’ADN (déplacement de cassure 10 nt)
- Ligase lie le tout
Quelles protéines des EU ont comme fonction :
- Hélicase?
- Liaison à l’ADN simple brin?
- Primase?
- Chargeur d’attache?
- Attache?
- Réplicase?
- Enlèvement des amorces d’ARN?
- Pol (remplissage)
- Ligase
- Complexe Mcm
- RPA
- Pol α/primase (complexe)
- RFC
- PCNA
- Pol δ ou ε
- RNAse H et FEN-1
- Pol δ ou ε
- ADN ligase I
Comment sont les chromosomes des eucaryotes?
Linéaires
- possèdent de nombreux réplicons
Qu’est-ce qu’un réplicon?
Région d’un chromosome ou d’une molécule d’ADN qui est répliquées par une seule origine → chaque réplicon a sa propre origine
Vrai ou faux :
Tout comme les bactéries, les EU n’ont qu’une seule origine de réplication.
Faux, multiples origine de réplication.
Qu’est-ce qui est requis pour que les chromosomes puissent être répliqués complétement en un temps raisonnable?
De multiples origines de réplication
- génome EU est plus complexe donc il faut plus de fourches de réplication
- Fourches ne se déplacent pas aussi vite que chez les bactéries
Vrai ou faux :
Les eucaryotes ont de plus grandes quantités d’ADN que les bactéries.
Vrai
Vrai ou faux :
La polymérase eucaryotique synthétise l’ADN beaucoup plus vite que Pol III des bactéries.
Faux, synthétise à une vitesse d’environ 50 nt/sec, soit 20x moins vite que Pol III (1000 nt/sec)
De quoi dépend le nombre de réplicons?
Dépend de l’espèce et peut varier au cours de la croissance et du développement
Comment sont répliquées les différentes régions d’un chromosome?
Pas toutes en même temps
- Par groupe de 20-80 réplicons adjacents
- Groupes de réplicons sont activés séquentiellement pendant la phase S jusqu’à ce que le chromosome soit complétement répliqué
Pendant la réplication du chromosome, que se passe-t-il avec les groupes de réplicons qui ont déjà terminé leur réplication?
Ils peuvent être distingués → distinction nécessaire car on veut utiliser juste 1 fois la même origine de réplication pendant le cycle
Qu’est-ce qui est nécessaire pour que chaque chromosome soit entièrement répliqué durant la phase ?
Suffisamment d’origines doivent être activées
Qu’arrive-t-il avec les origines qui ne sont pas activées lors de la réplication du chromosome?
Elles sont répliquées passivement par une fourche de réplication provenant d’une origine voisine
Vrai ou faux :
toutes les origines sont inactivées après la réplication jusqu’à la prochaine ronde de division cellulaire, et ce même si elles n’ont pas été utilisées dans la ronde de leur activation.
Vrai
Combien d’étapes comporte la réplication chez les EU? Ont lieu quand?
- 2 étapes
1. Sélection des origines pendant la G1
2. Activation des origines pendant la phase S
À quoi mène la sélection des origines durant la phase G1?
À la formation d’un complexe pré-réplicatif (pré-RC) à chaque origine
Rôle du complexe pré-RC suite à l’activation des origines durant la phase S?
S’associe à l’origine et initie la réplication
Comment se forme le complexe pré-RC pendant la phase G1?
- Complexe ORC s’associe avec l’origine
- ORC recrute 2 chargeurs d’hélicase (Cdc6 et Cdt1)
- Complexe Mcm2-7 (hélicase) est recruté
* ** Pas de séparation des brins, ni recrutement d’ADN pol
Le complexe ORC est formé de combien de protéines?
6
Vrai ou faux :
Le complexe ORC (équivalent de DnaA) demeure associé à l’origine pendant tout le cycle cellulaire.
Vrai
Quels sont les deux chargeurs d’hélicases recrutés par le complexe ORC?
Cdc6 et Cdt1
À quoi conduit l’activation des pré-RC pendant la phase S?
À l’assemblage des fourches de réplication
De quoi dépendent l’enlèvement des amorces et l’ajout de l’anneau PCNA?
Des pré-RC
Par quoi sont activés les pré-RC? Comment?
- Par deux protéines, Cdk et Ddk (inactives en G1)
- 2 kinases qui phosphorylent les pré-RC (et d’autres protéines de réplication), ce qui conduit à l’assemblage des protéines de réplication additionnelles → Pol δ et ε s’associe avant Pol α/primase
- CdC6et Cdt1 sont libérées ou dégradées
Vrai ou faux :
toutes les protéines assemblées deviennent des composantes du réplisome.
Faux, seulement une partie de ces protéines → par exemple, Cdc6 et Ctf1 sont libérées ou dégradées
Qu’est-ce qui régule la formation et l’activation des pré-RC?
Des kinases cycline-dépendantes (Cdks) régulent de manière stricte.
Rôles des Cdks?
Régulent formation/activation des pré-RC :
1. Une forte activité de Cdks est requise pour activer les pré-RC existants
- Une forte activité Cdk inhibe la formation de nouveaux pré-RC
Rôles CONTRADICTOIRES
Vrai ou faux :
Une faible activité Cdk amène la formation de nouveaux pré-RC et permet d’activer l’initiation de la réplication
Faux, ne permet pas d’activer l’initiation de la réplication → il faut une forte activité
En G1, comment est l’activité Cdk? Qu’est-ce que cela implique?
Faible
- De nouveaux complexes pré-RC peuvent être formés mais ne peuvent pas être activés
Pendant la phase S, comment est l’activité Cdk? Qu’est-ce que cela implique?
Forte activité
- Déclenche l’initiation de la réplication mais prévient la formation de nouveaux pré-RC sur l’ADN nouvellement répliqué
Ce qui est requis pour le processus d’assemblage des nucléosomes après la réplication de l’ADN?
- Compactage de l’ADN en nucléosomes (pour réplication, on doit enlever le compactage pour le passage des fourches, mais on doit recompacter après)
- Les modifications qui étaient présentes sur les histones parentales doivent être transmises aux molécules-filles pour conserver l’identité de la cellule
Où les queues N-terminales des histones peuvent-elles être modifiées? Qu’amènent les modifications?
À diverses positions (sérine, lysine..)
- Ces modifications altèrent la fonction des nucléosomes → effets observés dépendent du site et du type de modification
Qu’arrivent-ils aux histones au cours de la réplication de chaque chromosome?
- Chaque tétramère H3-H4 est transféré au hasard sur l’un ou l’autre des chromosomes-fils
- Tous les dimères H2A-H2B sont libérés de l’ADN pour entrer dans le pool disponible pour la formation de nouveaux nucléosomes
Chaque tétramère H3-H4 est transféré au hasard sur l’un ou l’autre des chromosomes-fils. Qu’est-ce que cela implique?
Un tétramère H3-H4 devra être nouvellement synthétisé sur le chromosome-fils qui n’a pas hérité d’un tétramère parental (l’autre brin)
Qu’est-ce qui est requis pour assembler les nucléosomes sur les chromosomes nouvellement répliqués?
Des facteurs protéiques → chaperone
Que font les chaperones, des facteurs protéiques?
Après le passage de la fourche de réplication, les chaperones des histones escortent les tétramères H3-H4 libres et les dimères H2A-H2B vers les sites d’ADN nouvellement synthétisé
Quelles chaperones escortent les tétramères H3-H4 libres?
CAF-1 et RCAF (Asf1)
Quelles chaperones escortent les dimères H2A-H2B ?
NAP-1
Rôles des facteurs protéiques?
Transfèrent les histones à l’ADN
Qu’est-ce qui est requis pour que les facteurs CAF-1 puissent diriger l’assemblage des nucléosomes?
L’ADN-cible doit être en cours de réplication (car les facteurs protéiques s’associent avec l’anneau PCNA)
Où se forment les nucléosomes?
Sur l’ADN double brin nouvellement synthétisé
Que facilite la distribution des tétramères H3-H4?
Facilite la propagation du profil parental des modifications d’histones
Comment sont les chromosomes qui ont hérités de tétramères H3-H4 parentaux?
- Portent les mêmes modifications que les chromosomes parentaux
- Permet recrutement des enzymes qui ajoutent les mêmes modifications
Quelle activité possède la transcriptase réverse? Que permet-elle?
- Activité ADN polymérase dépendante de l’ARN
- Activité permet la synth;se d’ADN dans le sens 5’-3’ en utilisant une matrice d’ARN avec amorce
Où retrouve-t-on les transcriptase réverse?
Dans les rétrovirus et les virus eucaryotiques dont le génome est sous forme d’ARN simple-brin
***Grâce à la transcriptase réverse, le génome des rétrovirus peut être converti en ADN double-brin
Nomme les 3 activités enzymatiques de la transcriptase réverse qui lui permet de convertir le génome d’un rétrovirus en ADN double-brin.
- ADN polymérase dépendante de l’ARN
- RNase H
- ADN polymérase dépendante de l’ADN
Vrai ou faux :
La transcriptase réverse possède une fonction exonucléase 3’-5’.
Faux, elle n’en possède pas.
- Elle fait des erreurs
- Explique la capacité d’évolution très grande des rétrovirus (et difficulté de trouver traitement anti-VIH)
Pourquoi la transcriptase réverse est un outil utile en génie génétique?
Car l’enzyme permet de transcrire les ARNm en brins d’ADN complémentaires (ADNc)
Pourquoi l’extrémité 5’ du brin retardé ne peut pas être complètement répliquée (difficulté de réplication des extrémités des chromosomes linéaires)?
Car la dernière amorce d’ARN à l’extrémité 5’ de ce brin ne peut pas être remplacée par de l’ADN → solution = télomérase
Quel est l’effet du raccourcissement des télomères?
Conséquences désastreuses pour la cellule
Que contiennent les séquences des télomères?
De nombreuses répétitions en tandem d’une courte séquence → l’unité de répétition suit le patron 5’-TAG-3’, T = 1-4, A = 0-1, G = 1-8
Nombre de copies de la répétition dans l’ADN télomérique? Combien dans les cellules somatiques de l’homme?
- Variable selon l’espèce, mais aussi au sein de la même espèce.
- 500-3000 répétitions TTAGGG → leur nombre diminue avec l’âge
Que portent les télomères à leur extrémité 3’?
Une extension simple-brin qui est riche en G
- Court dépassement (12-16 bases) chez les ciliés (Tetrahymena)
- Long chez l’homme (125 bases)
Chez l’humain, par quoi sont protégés les télomères? Pourquoi protection?
Par un complexe de 6 protéines appelé Shelterine
- Protection, car sinon les extrémités sont identifiées comme de l’ADN endommagé et soumises à la réparation d’ADN
Les bases G dans les séquences simple-brin de télomères s’associent pour former…?
Des quartettes de G
- Pourraient s’empiler les uns sur les autres d’une manière hélicale
Quelle forme ont les séquences télomériques?
Boucles T → ADN simple-brin envahit la région bicaténaire, en formant une double hélice avec le brin complémentaire et en déplaçant l’autre brin.
Qu’est-ce qui facilite la formation des boucles T ?
Les protéines TRF1 et TRF2 des complexes Shelterine induisent le repliement des télomères
Solution du problème du raccourcissement des extrémités des chromosomes?
Solution = synthèse des télomères par la télomérase → les télomères peuvent être allongés par un mécanisme de synthèse indépendant qui est catalysé par la télomérase
Que fait la télomérase de Tetrahymena, un cilié?
Ajoute des répétitions en tandem de TTGGGG à l’extrémité 3’-OH de n’importe quel oligonucléotide télomérique riche en G (en l’absence de toute matrice)
Comment fonctionne la télomérase?
C’est une ribonucléoprotéine qui fonctionne comme une transcriptase réverse
Télomérase : rôle de la composante protéique? rôle de la composante d’ARN?
- Composante protéique : fournit l’activité catalytique de la transcriptase réverse
- Composante d’ARN : sert de matrice pour chaque étape d’élongation
Chez Tetrahymena, que contient la composante d’ARN?
159 nt
- 15-22 bases qui sont complémentaires au brin riche en G dont elles dirigent la synthèse
- Seulement du dGTP et du TTP sont requis pour cette synthèse
Comment la télomérase synthétise l’ADN?
De manière discontinue → télomérase se fixe à 1 ou plusieurs unités de répétitions en 3’ et allonge
La télomérase n’allonge que le brin des télomères se terminant par un 3’-OH. Ce qui se passe avec l’autre brin?
L’allongement de l’extrémité 3’-OH sert de matrice pour un nouveau fragment d’Okazaki sur l’autre brin
Vrai ou faux :
La télomérase ne contrôle pas le nombre de répétitions.
Vrai, elle synthétise les répétitions individuelles qui sont ajoutées aux extrémités des chromosomes, mais ne contrôle pas leur nombre.
Ce qui contrôle le nombre de répétitions qui sont ajoutées aux extrémités des chromosomes?
Les protéines liant les télomères jouent ce rôle
Modèle de la régulation de la longueur des télomères?
- Protéines liant la partie bicaténaire des télomères (ou protéines liant les télomères) agissent comme inhibiteurs faibles de la télomérase
De quoi dépend le nombre de protéines liant les télomères?
De la longueur des télomères → lorsque le nombre de copies est élevé, l’extrémité 3’ des télomères n’est pas accessible à la télomérase
Vrai ou faux :
La télomérase a besoin d’une matrice d’ADN
Faux, pas besoin. L’ARN télomérique sert de matrice
La drosophile et certains autres insectes n’utilisent pas la télomérase pour allonger leurs télomères. Mécanismes utilisés?
- Drosophile : 2 éléments transposables sont ajoutés aux extrémités des chromosomes pour maintenir leur longeur
- Insectes : recombinaison qui prévient le raccourcissement des chromosomes
Longueur des télomères est en corrélation avec le vieillissement chez les organismes multicellulaires. Observations appuyant l’hypothèse?
- ¢ somatiques de mammifères en culture ont une durée de limitée
- Maladie “progreria” (vieillissement prématuré) : télomères courts, capacité de croissance est réduite
- ¢ spermes donneurs différents âges : télomères de longueur constante
- Cellules avec capacité illimitée de prolifération (¢ cancéreuses) possèdent une activité télomérase des télomères de longueur constante (ø sénéscence)
Vrai ou faux :
Tout comme les ¢ germinales, les ¢ somatiques des eucaryotes multicellulaires n’ont pas d’activité télomérase (ou très peu)
Faux, ¢ germinales ont une activité télomérase mais pas les ¢ somatiques
Pourquoi pense-t-on que la perte d’activité télomérase par les ¢ somatiques est la cause du vieillissement chez les organismes multicellulaires?
Les chromosomes des ¢ somatiques sont graduellement raccourcis à leur extrémité, ce qui peut conduire à une perte d’information génétique après plusieurs divisions cellulaires
Vrai ou faux :
Les ¢ cancéreuses ont une activité télomérase.
Vrai,
- 80-90% des tumeurs cancéreuses expriment une activité télomérase
Chez les mammifères, comment l’ADN mitochondriale est-elle répliquée?
En formant des boucles D
Caractéristique des origines pour répliquer les brins complémentaires de l’ADN mitochondrial?
Pas situés au même locus et ne sont pas activées simultanéement
Explique réplication de l’ADN mitochondrial en formant des boucles D.
- l’origine sur le brin lourd (H) est d’abord activée
- le brin léger nouvellement synthétisé déplace le brin L parental, ce qui forme un boucle par déplacement (boucle D)
- Après avoir parcourue 2/3 du génome, la polymérase atteint l’origine sur le brin L → synthèse du brin H est alors amorcée
- Quand la synthèse du brin L est complétée, celle du brin H n’est complétée qu’au tiers
