Altérations, réparation et mutations de l’ADN

Question 1

Quel est l’effet d’un haut taux de mutation dans les cellules somatiques et les cellules germinales?

Answer 1

Dans une cellule somatique cela peut causer la destruction d’un individu. Par exemple, une perte de fonction de gènes impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire provoque des cancers.

Dans une cellule germinale cela peut mener à la destruction de la lignée d’une espèce.

Question 2

Le maintient de l’intégrité du génome est important dans quoi?

Answer 2

Pour la division cellulaire

Pour la préservation du génome de génération en génération

Question 3

Selon la théorie de mutagenèse somatique, la probabilité d’apparition d’une mutation dépend de quoi?

Answer 3

– La fréquence de dommages
– La vitesse de réparation
– Du potentiel mutagène des dommages

Question 4

Quel est le principe de sélection des mutations avantageuses dans la théorie de la mutagénèse somatique?

Answer 4

La mutation doit apporter un avantage prolifératif à la cellule ce qui correspond à une faible proportion des mutations pour causer un cancer.

Question 5

Quelles sont les 2 causes principales des mutations? Quelles sont les causes et les conséquences?

Answer 5

1- Les erreurs de réplication causées par une machinerie de réplication n’est pas 100% fidèle.

2- Les lésions chimiques ou physiques

Chimique : L’ADN subit des agressions constantes par des agents chimiques, naturels et artificiels

Physiques : des radiations qui cassent l’ADN ou modifient les bases

2 conséquences

• Mutations = une base qui est converti en une autre (changement définitif)
• Bloquer la réplication ou la transcription, ce qui est sans impact puisque si ce n’est pas réplique, ça ne peut pas se répandre

Question 6

Quelle est la définition d’une mutation?

Answer 6

Tout changement de séquence de l’ADN.

Question 7

Quels sont les 2 types de mutation?

Answer 7

1. Substitution : changement d’une base pour une autre (transition ou transversion)
2. Ajout (insertion) ou perte (délétion) de 1 à 1000 nucléotides (réarrangements chromosomiques)

Question 8

Quelle est la différence entre une mutation de transition et une mutation de transversion?

Answer 8

Transition : on change une purine pour une purine ou une pyrimidine pour une pyrimidine.

Transversion : signifie qu’on change une purine pour une pyrimidine ou l’inverse

Question 9

Qu’est-ce qui est le plus fréquent entre une mutation de transition ou une mutation de transversion?

Answer 9

Les mutations de transitions sont 10x plus fréquentes que les mutations de transversion.

Question 10

Vrai ou faux? Un mésappariement est une mutation. Expliquez.

Answer 10

Faux.

Tant que le méssppariement n’est pas fixé on peut le réparer ce n’est donc pas une mutation.

Question 11

Quel est le principe e la fixation de la mutation?

Answer 11

Si l’autre brin complémentaire fixe une base en fonction de la base mésaparriée cela s’appelle la fixation de la mutation. Cela se produit lors du deuxième cycle de réplication.

Question 12

Si un dCTP est incorporé en face d’un T, quelle mutation en résulte?

Answer 12

C’est une transversion A vers C ou T vers G.

Question 13

Si un dCTP est incorporé dans le brin amorce à l’opposé d’un A sur la matrice, quelle mutation résulte?

Answer 13

C’est une transition de T vers C ou de A vers G.

Question 14

Quels sont les 2 types d’erreurs de réplication?

Answer 14

Les mésappariements

Les erreurs de glissement

• Insertion : se fait principalement dans les régions de répétitions courtes en tandem, la polymérase devient mélangée et revient sur elle même et insère des nucléotides supplémentaires
• Délétion : quand le brin matrice a des séquences complémentaires il peut former une boucle, la polymérase peut donc sauter des nucléotides.

Question 15

Quels sont les 2 éléments qui augmentent la fidélité de la réplication?

Answer 15

Exonucléases 3’ qui se trouvent dans la polymérase corrigent pendant la réplication et augmentent la fidélité de la réplication par 100x.

Un système de réparation des mésappariements qui répare les erreurs laissées par la réplication et qui augmente la fidélité par 100 – 1000x supplémentaires.

Question 16

Quels sont les 2 critères que doit combler le système de réparation des mésappariements pour être fonctionnel?

Answer 16

Inspecter et réparer les mésappariements rapidement avant la fixation de la mutation par la réplication de l’ADN.

Doit reconnaître le nucléotide mal apparié et non celui sur l’autre brin.

Question 17

Comment on fait chez E. Coli pour distinguer un brin de l’autre pour résoudre le mésappariement?

Answer 17

E Coli méthyle les 2 brins de l’ADN sur le A dans la séquence 5’GATC

Cela se fait avec la Méthyltransférase DAM

Lors de la réplication, seul le brin parental est méthylé (hémiméthylé) et il reste hémiméthylé quelques minutes après la réplication. Cela se produit parce que la DAM n’a pas encore eu le temps de méthylé le brin fille.

MutH casse l’ADN sur le brin non-méthylé.

Question 18

Quel est le processus de réparation des mésappariements chez les procaryotes?

Answer 18

Le dimère de MutS inspecte et reconnaît le mésappariement.

Recrute MutL et MutH est inactif.

MutL va donner la capacité au complexe de se déplacer le long de l’ADN, car il consomme de l’ATP.

Le complexe va se localiser au premier GATC hémiméthylé ce qui active mutH.

MutH activé clive en 5’ (à droite) du GATC et en 3’ (à gauche) du mésappariement.

Une hélicase enlève le bout d’ADN contenant le mésappariement qui a été clivé.

L’ADN pol III et la ligase remplissent la brèche créée.

Question 19

Comment expliquer les ressemblances et différences entre le mécanisme de réparation des mésappariements chez les eucaryote?

Answer 19

Le système est similaire aux procaryotes. On possède des analogues de MutS (MSH) et de MutL (MLH).

Par contre, il n’y a pas d’hémiméthylation. Donc, comment est-ce possible de différencier les deux brins?

Avant d’être ligaturés, les fragments d’Okazaki ont une cassure qui sert de point de départ à la réparation. Les MSH agissent avec PCNA (anneau coulissant).

Sur le brin continu, le processus n’est pas encore clair.

Question 20

Quelle est la conséquence d’une désamination de la cytosine? Quelle mutation cela peut-il causer?

Answer 20

Une cytosine désaminée devient un uracile.

La cytosine est la base la plus fréquemment désaminée

L’uracile est une base non-naturelle pour l’ADN, mais naturelle pour l’ARN qui s’apparit préférentiellement à une adénine.

Cela peut donc causer une mutation de transition C vers T ou G vers A.

Question 21

Quelle est la conséquence d’une désamination de l’adénine? Quelle mutation cela peut-il causer?

Answer 21

Une adénine désaminée devient une hypoxanthine qui s’apparie à la cytosine.

Cela peut causer une mutation de transition de A vers G parce que l’hypoxanthine ressemble à une G ou T vers C.

Question 22

Quelle est la conséquence d’une désamination de la guanine? Quelle mutation cela peut-il causer?

Answer 22

Une guanine désaminée devient une xanthine qui s’apparie à la cytosine, donc aucun problème.

Cela ne génère pas de mutation car elle est reconnue comme un G par la cellule alors ça fait la même chose.

Question 23

Est-ce que la thymine peut subir une désamination?

Answer 23

Non, car la thymine ne possède pas de groupement amine.

Question 24

Expliquez le principe de la méthylation des cytosines.

Answer 24

L’ADN des vertébrés contient des 5’méthylcytosines

Chez les vertébrés, la méthylation se fait sur le carbone 5 de la cytosine dans les sites 5’CG (CpG) ce qui crée la. 5-méthylcytosine.

Question 25

Quelle est la conséquence d’une 5’méthylcytosine? Quelle mutation cela peut-il causer?

Answer 25

Lors de la désamination d’une 5’méthylcytosine, il y a formation d’une thymine.

C’est une base naturelle de l’ADN elle n’est donc pas reconnue par les systèmes de réparation. Ce qui est un reel problème parce qu’elle ne sera jamais réparée.

Cela cause des mutations de transition

Les 5’méthylcytosines sont des points chauds de mutations

Les transversions C vers T sont les mutations les plus fréquentes.

Question 26

Expliquez le mécanisme endogène de la dépurination.

Answer 26

C’est une hydrolyse spontanée de la liaison N-Glycosidique qui crée une désoxyribose sans purine.

Question 27

Expliquez le mécanisme exogène/endogène de l’oxydation.

Answer 27

Dérivés de l’oxygènes qui sont des espèces réactives d’oxygène. Ex. O2-, H2O2, OHŸ

La source endogène est la chaîne respiratoire lorsqu’on produit de l’ATP.

Les sources exogènes sont les radiations ionisantes, les UV et les agents chimiques générant des radicaux libres.

Question 28

Expliquez le mécanisme d’oxydation de la guanine.

Answer 28

C’est le plus fréquent.

Il y a formation de 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG) qui s’apparie avec l’adénine

C’est une mutation de transversion.

G vers T est une des mutations les plus fréquentes dans les cancers humains.

Question 29

Quel est le principe de l’alkylation?

Answer 29

Ce sont des groupements méthyle (CH3) ou éthyle (CH2CH3) qui sont ajoutés sur les phosphates ou les bases de l’ADN.

Question 30

Que sont 2 exemples d’agents alkylants?

Answer 30

Nitrosamines (retrouvés principalement dans le tabac)

N-methyl-N1-nitro-N-nitrosoguanine (agent mutagène de laboratoire)

Question 31

Le processus d’alkylation se produit habituellement sur quelle base? Quelles sont les conséquences?

Answer 31

Les sites sensibles à l’alkylation sont l’oxygène du carbone 6 de la guanine ce qui génère de l’O6-méthylguanine.

Cela peut s’apparier à la thymine ce qui cause une distortion de la double hélice, car ce n’est pas très naturel pour la cellule.

C’est une mutation de transition de G vers A.

Question 32

Quels sont les dommages directs des UV sur l’ADN?

Answer 32

L’ADN absorbe les longueurs d’ondes près de 260 nm.

Les UV comportent des longueurs d’ondes de 100–400nm. Les UVC (100-280 nm) et les UVB (280-315 nm).

Les UV provoquent la fusion photochimique entre 2 pyrimidines adjacentes.

1. Cela peut causer des dimères cyclobutaniques de pyrimidines (CPD) par la liaison covalente entre les carbones 5 et 6 des 2 pyrimidines adjacentes. Cela cause une distortion de 7 à 9 degrés par rapport à la conformation B de l’ADN. Bloque la majorité des ADN et ARN polymérases, mais certaines sont quand même capables de passer ce qui cause le réel problème.
2. Photoproduit pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PP) qui correspond à la liaison covalente entre le carbone 6 d’une pyrimidine et le 4 d’une autre et qui cause une distortion de 44 degrés par rapport à la conformation B de l’ADN. Bloque la vaste majorité des ADN et ARN polymérases, ce qui est beaucoup moins mutagène car elles ne sont tout simplement pas capables de passer.

Question 33

Comment expliquer les dommages indirects des UV sur l’ADN?

Answer 33

Ils sont causés par les UV longs (UVA) = 315-400 nm qui ne sont peu ou pas absorbés par l’ADN.

Ils excitent d’autres chromophores cellulaires. Ex. tryptophane, sérotonine, hydroxytryptamine, phéomélanine, riboflavine, …

Les chromophores excités vont générer des ROS ce qui va provoquer l’oxxidation de l’ADN via ces ROS (8OxoG).

Question 34

Comment expliquer le mécanisme exogène des radiations ionisantes?

Answer 34

Les rayons γ et X (radiations ionisantes) causent des cassures bicaténaires de l’ADN qui sont très difficiles à réparer. Ils attaquent le désoxyribose du squelette de l’ADN.

Question 35

Comment expliquer le mécanisme exogène des analogues de bases?

Answer 35

Composé qui se substitue aux bases normales

Il entre dans la cellule, se converti en nucléotide et est incorporé dans l’ADN lors de la réplication

Par exemple, le 5-bromo-uracile (5-BrDU) qui ressemble beaucoup à la thymine lors de la réplication est un des composés des plus mutagène. C’est un analogue de la thymine qui s’apparie à la guanine.

Question 36

Quel est le type de mutation induite par le BrDU?

Answer 36

C’est une mutation de transition.

Question 37

Que sont des agents intercalants?

Answer 37

Ce sont des agents qui s’intercalent entre les bases d’ADN et qui provoquent des additions ou des délétions de une à plusieurs paires de bases.

Question 38

Quel est le mécanisme d’action des agents intercalants?

Answer 38

Le mécanisme d’addition des bases d’ADN est non connu.

Hypothèse pour la délétion : les agents intercalants viendraient stabiliser les boucles que forment le brin matrice avec lui-même ce qui augmenterait la délétion.

Question 39

Quelles sont les 2 conséquences possibles des altérations de l’ADN?

Answer 39

Elles peuvent empêcher la réplication ou la transcription. Par exemple : CPD, cassures monocaténaires ou bicaténaires

Elles peuvent provoquer un changement permanent de l’ADN après réplication. Par exemple : désamination, analogues de bases, …

Question 40

Expliquez le processus de photoréactivation (réversion directe).

Answer 40

La majorité des enzymes utilisent l’ATP comme source d’énergie

Certaines peuvent utiliser l’énergie lumineuse (photons). Ce qui est rare chez les organismes non-photosynthétiques.

La photolyase utilise l’énergie de la lumière pour rompre les liens covalent entre les pyrimidines adjacentes. Elle utilise la lumière UV longue (UVA) pour réparer des dommages faits par les UV courts (UVB et UVC)

Question 41

La photolyase est présente chez quels organismes?

Answer 41

Chez les procaryotes et les eukaryotes inférieurs, mais PAS chez les humains.

Question 42

Pourquoi a t-on autant de cancers de la peau chez les humains?

Answer 42

À cause de l’absence de la photolyase.

Question 43

Expliquez le mécanisme d’action de la photolyase.

Answer 43

Le mécanisme est très efficace

La liaison au dimère de pyrimidines se fait sans lumière, c’est une étape longue.

Elle va rester sur le CPD tant qu’il n’y a pas de lumière.

Lorsqu’il y aura de la lumière, celle-ci va catalyser la réaction.

Une fois le CPD enlevé, l’affinité de la photolyase pour l’ADN devient nulle et elle se détache.

Question 44

L’ADN photolyase a de l’affinité pour quoi?

Answer 44

L’ADN photolyase a de l’affinité pour le lien covalent entre deux pyrimidines.

Question 45

Comment expliquer le mécanisme de la méthyltransférase dans la réversion directe?

Answer 45

Elle répare les O6-méthylguanine.

Elle enlève le méthyl de la guanine et la transfert sur ses cystéine.

C’est un mécanisme très coûteux pour la cellule.

Question 46

La métyltransférase peut être utilisée combien de fois?

Answer 46

C’est une enzyme suicide, elle peut seulement être utilisée une fois, car après elle est méthylée.

Question 47

Quelles sont les caractéristiques du processus d’excision de bases?

Answer 47

C’est une enzyme spécifique qui va enlever seulement la base endommagée.

C’est un mécanisme rapide et efficace.

On a besoin d’une enzyme différente pour chaque type de dommage (uracile, 8-oxoG, … 8 différentes chez l’humain).

Question 48

Comment caractériser l’action des enzymes qui interviennent dans l’excision des bases?

Answer 48

Elles possèdent une double action.

Une glycosylase qui enlève la base ce qui génère un site apurinique/apyrimidinique (site AP).

Une AP endonucléase qui enlève le site AP.

Question 49

Quel est le mécanisme d’excision des bases?

Answer 49

L’ADN glycosylase reconnaît et enlève la base altérée en hydrolysant le lien glycosidique entre la base et le désoxyribose.

L’AP endonucléase et une exonucléase enlève le site AP.

Une ADN polymérase et une ligase remplissent la brèche.

Question 50

Quelle est la différence entre la BER et la réversion directe?

Answer 50

La BER va enlever la base et la remplacer tandis que la réversion directe va réparer la base endommagée et ce sera la même base qui va rester.

Question 51

Quelles sont les caractéristiques de l’excision de nucléotides (NER)?

Answer 51

Ce n’est pas un processus spécifique aux lésions, mais un mode de réparation plus général.

Il s’occupe des dommages non reconnus par les autres mécanismes de réparation. En effet, il reconnaît une déformation de la double hélice d’ADN.

Ce processus va enlever une partie d’ADNsb responsable de la déformation.

La brèche sera remplie par une ADN pol et une ligase.

C’est un processus lent.

Question 52

Expliquez le mécanisme de NER chez les procaryotes.

Answer 52

UvrA et B scrutent l’ADN

UvrA détecte les déformations de l’ADN

UvrB ouvre la double hélice et recrute UvrC

UvrC crée 2 incisions. Une à 8 nucléotides de la lésion en 5’ et une à 4-5 nucléotides de la lésion en 3’.

Hélicase UvrD enlève le fragment de 12-13 nucléotides contenant la lésion.

ADN polymérase et ligase remplissent la brèche.

Question 53

Expliquez le mécanisme de NER chez les eucaryotes.

Answer 53

C’est le même principe que chez les procaryotes, mais plus complexe, car il comprend + de 25 protéines.

XPC reconnaît la lésion

L’hélice est ouverte et stabilisée par XPA, XPD et RPA

XPF et XPG coupent en 5’ et 3’, ce qui forme un segment de 24-32 nucléotides.

ADN polymérase et ligase remplissent la brèche.

Question 54

Vrai ou faux? Le système NER est le seul système capable de réparer les dommages causés par les UV chez les eucaryotes.

Answer 54

Vrai.

Question 55

Comme la NER est générale, pourquoi a-t-on besoin de la BER?

Answer 55

La BER est beaucoup plus rapide et si la BER n’existait pas, les dommages qui ne causent pas de déformations de l’ADN ne seraient tout simplement pas réparés.

Question 56

Qu’est-ce que la synthèse translésionnelle?

Answer 56

C’est quand un dommage (CPD ou site apurinique) n’est pas réparé et que l’ADN polymérase est bloquée.

Plusieurs erreurs introduisent des mutations.

Elles empêchent de faire avorter la réplication d’un chromosome.

Incorpore un nucléotide non spécifiquement de la séquence.

Question 57

Expliquez le processus de translésion chez les mammifères?

Answer 57

L’anneau coulissant (PCNA) est ubiquitiné suite à un blocage de l’ADN pol par un dommage.

PCNA-ubi recrute l’ADN polymérase translésionnelle qui lui permet de passer par-dessus le dommage et de continuer.

Question 58

Que permet la recombinaison?

Answer 58

Elle permet des échanges génétiques entre des régions homologues de chromosomes.

Question 59

La recombinaison est impliquée dans quels processus?

Answer 59

Dans la méiose (crossing-over). Dans le mélange des chromosomes paternels/maternels ce qui permet la diversité individuelle.

Dans la réparation de l’ADN.

Question 60

Quelles sont les causes des cassures bicaténaires? Quel est le principe?

Answer 60

Les radiations ionisantes et autres agents mutagènes qui causent des cassures directement ou via un blocage de la fourche de réplication.

Question 61

Quelles sont les caractéristiques des cassures bicaténaires?

Answer 61

Elles sont fréquentes dans le génome et ont des conséquences désastreuses pour la cellule

Il n’y a pas de brin matrice pour modèle

NER et BER ont un brin matrice comme modèle

Donc, on utilise le chromosome homologue comme modèle

Question 62

Expliquez les effets de cassures bicaténaires lors de la réplication.

Answer 62

Voir diapo 56.

Question 63

Quelle est la définition d’homologues?

Answer 63

Cela signifie identiques ou quasi identiques sur une longueur d’au moins 100 pb.

Question 64

Quel est le principe du crossing-over (recombinaison homologue) lors de la méiose?

Answer 64

Deux molécules d’ADN homologues sont alignées.

Introduction de cassures ou coupures dans l’ADN. Ces cassures sont ensuite modifiées pour créer des régions d’ADNsb complémentaires.

Invasion de brin. Appariement entre la région d’ADNsb d’une molécule parentale s’apparie avec son brin complémentaire dans l’autre brin. Quelques paires de bases sont souvent mésappariées ce qui forme un ADN hétéroduplexe.

Formation de la jonction de Holliday. Les 2 molécules d’ADN sont connectées par croisement des brins d’ADN. La jonction migre pour augmenter la grandeur de la séquence appariée = migration d’embranchement.

Coupure de la jonction de Holliday.

Résolution, la coupure des brins d’ADN dans la jonction régénère 2 ADNdb indépendants.

Question 65

Quelles sont les deux façons dont la résolution peut avoir lieu?

Answer 65

Il peut y avoir la formation d’un produit croisé ou d’un produit non croisé.

Produit croisé (réassortiment des gènes flanquants) : moitié-moitié

Produit non-croisé (pas de réassortiment) : petit bout de l’un dans l’autre

Question 66

Expliquez le processus des cassures bicaténaires.

Answer 66

Voir diapo 62-63.

Question 67

Quelles sont les différentes protéines impliquées lors de la recombinaison?

Answer 67

Voir diapo 64.

Question 68

Quelles sont les caractéristiques de RecBCD?

Answer 68

Sert à la réparation des cassures bicaténaires chez E. coli

Aménage l’ADN au site de cassure

Question 69

À quoi sert RecA?

Answer 69

Catalyse l’échange des brins en recouvrant les séquences homologues.

Question 70

À quoi servent RuvA et RuvB?

Answer 70

Catalysent la migration d’embranchement

Question 71

À quoi sert RuvC?

Answer 71

Permet la résolution de la jonction de Holliday.

Question 72

Décrivez le processus d’aménagement des cassures. Quelles sont les fonctions des différentes parties? Quel est le résultat?

Answer 72

RecBCD ouvre et cassent l’ADN jusqu’à trouver un site Chi. Hélicase et nucléase.

RecB possède une fonction hélicase lente 3’->5’ et une fonction nucléase

RecD est une hélicase rapide 5’->3’

RecC reconnaît le site « chi »

Résultat : bout d’ADNsb se terminant par un site « chi »

Question 73

Quels sont les caractéristiques des sites chi?

Answer 73

Séquence GCTGGTGG

Statistiquement il serait supposé avoir 80 sites dans le génome d’E. coli., mais il y en a réellement 1009 = sur-représenté

La sur-représentation de ces sites est un mécanisme de protection contre l’ADN d’un organisme infectant, car si un virus infecte bactérie il gruge tout l’ADN du virus pour trouver site Chi c’est pourquoi c’est un mécanisme de protection.

Question 74

Expliquez les différentes étapes d’invasion des brins par RecA.

Answer 74

RecA se lie à un bout d’ADNsb et possède de liaison. Elle se lie de façon coopérative.

Recherche d’homologie : le complexe RecA-ADNsb est la forme active et possède 2 sites de liaison d’ADN
• Primaire : lie la molécule d’ADNsb
• Secondaire : lie une séquence homologue

Formation d’un complexe stable entre les 2 molécules d’ADN (appelé molécule de jonction) qui contient des centaines de pb d’ADN hybride.

Question 75

Expliquez le processus de migration d’embranchement.

Answer 75

RuvA lie spécifiquement la jonction de Holliday et recrute RuvB.

RuvB est une ATPase hexamérique et a une fonction d’hélicase qui fait migrer l’embranchement.

Question 76

Expliquez le processus de coupure de la jonction d’Holliday.

Answer 76

RuvC est une endonucléase qui se lie via RuvAB et qui va venir cliver.