BM7 - Mutations et réparation de l'ADN Flashcards
Les mutations peuvent-elles être bénéfiques?
Oui, elles sont moteurs de la diversité, d’une possible évolution. Le phénomène de mutation est une force évolutive. Elle doit être cependant combinée avec la sélection naturelle.
Nommer les deux principales sources d’erreurs lors de la réplication.
1) Le manque de fidélité dans la réplication : le plus souvent c’est l’incorporation d’une mauvaise forme tautomérique.
2) Lésions multiples de la double hélice : pertes de bases, réactions chimiques, radiations solaires. Ces lésions entraînent la rupture du squelette sucre-phosphate.
Les erreurs de réplication (manque de fidélité et lésions) sont-elles inévitables?
Oui. 😝🤘
Quelles sont les deux conséquences majeures des erreurs de réplication?
1) Une évolution permanente des séquences d’ADN : modification de la structure et de la régulation (donc parties non codantes de l’ADN) de gènes.
2) Modifications chimiques de l’ADN : inhibition des machineries de réplication et de transcription (ADN polymérase)
S’il y a altération de la machinerie de réplication, quelle composante est affectée?
Ce sont les cellules filles qui sont affectées. En effet, la machinerie de réplication est interpellée avant la mitose de la cellule. Si la réplication est mal faite, ce sera le résultat de la mitose (donc les deux cellules filles), qui seront touchées.
S’il y a altération de la machinerie de transcription, quelle peut être là conséquence?
L’incidence peut être immédiate, par exemple en stoppant l’expression d’un gène.
Afin d’obtenir une réplication parfaite, quels sont les deux défis pour la cellule?
1) En permenance elle doit surveiller l’intégrité de la cellule. Elle doit examiner minutieusement tout le génome pour rechercher les erreurs de réplication et les lésions chimiques.
2) Restaurer la molécule originale avec fidélité (pas toujours évident).
Quelles sont les trois erreurs de réplication possibles?
1) Les substitutions
2) Les insertions
3) Les délétions
Laquelle des erreurs de réplication est la plus fréquente?
La substitution
Il y a deux types de substitutions, quelles sont-elles? Laquelle est la plus fréquente?
1) La transition
2) La transversale
–> La plus fréquente est la transition, et elle est deux fois plus fréquente.
Qu’est ce que la transition, dans les erreurs de substitution? Par quoi est-elle causée?
C’est un changement de bases de la même famille. Ainsi, une purine est changée pour une purine (adénine - guanine) et une pyrimidine est changée pour une pyrimidine (cytosine - thymine). Elle est causée par une réaction chimique, par exemple un désamination.
Qu’est ce que la transversion, dans les erreurs de substitution? Par quoi est-elle causée?
C’est un changement de bases de deux familles différentes. Ainsi, une purine est changée pour une pyrimidine. Elle n’est pas causée par une réaction chimique, mais est causée par l’ajout ou le retrait d’un cycle aromatique.
Comment appelle-t-on une mutation qui n’affecte qu’un seul nucléotide?
Une mutation ponctuelle ou singleton
Les insertions et les délétions sont-elles fréquentes?
Oui. 🎆
Qu’est-ce qu’une délétion?
Le retrait d’une paire de base sur le double brin.
Quelles sont les conséquences d’une délétion?
Il y a décalage du cadre de lecture. Puisque les gènes codants se lisent par triplets, et que certains triplets codent pour le même acide aminé, l’erreur peut être neutre, ne faire donc aucun effet. Or, le décalage peut causer des codons stop precoces ou tardifs. La plupart du temps, les variants protéiques sont non-fonctionnels plutôt que fonctionnels.
Qu’est-ce qu’une insertion?
L’ajout d’une paire de base sur le double brin.
Quelles sont les conséquences d’une insertion?
Il y a décalage du cadre de lecture. Puisque les gènes codants se lisent par triplets, et que certains triplets codent pour le même acide aminé, l’erreur peut être neutre, ne faire donc aucun effet. Or, le décalage peut causer des codons stop precoces ou tardifs. La plupart du temps, les variants protéiques sont non-fonctionnels plutôt que fonctionnels.
Les conséquences des erreurs de délétion ou d’insertion sont-elles dépendantes de l’endroit où elles sont sur le double brin?
Oui, l’impact ne sera pas le même selon l’endroit. Il y a certains de ces endroits qui ne tolèrent aucune modification alors que d’autres les tolèrent davantage. Ces derniers sont des endroits (régions) qui changent (évoluent) plus vites que les autres. Cela implique donc que les taux de mutation selon l’endroit VARIENT.
Donner un exemple d’un endroit où les mutations sont plus fréquentes ainsi qu’une idée de l’ordre de grandeur.
Les microsatellites (ex: ATT ATT ATT ATT ATT ATT ATT) 10^-5 mutation / site / génération
Donner un exemple d’un endroit où les mutations sont moins fréquentes ainsi qu’une idée de l’ordre de grandeur.
Les séquences codantes
10^-8 à 10^-11 mutation / site / génération
Pourquoi les taux de mutation varient?
1) Car les gènes n’évoluent pas à la même vitesse
2) Car les différents types de mutations ne se produisent pas à la même vitesse
3) Les différentes parties d’un gène n’évoluent pas à la même vitesse (dépend facilité à répliquer et la force des contraintes sélectives)
4) Les contraintes sélectives peuvent varier dans le temps (par exemple : les contraintes environnementales)
À qui doit-on la diminution du taux d’erreur d’un facteur 100, et grâce à quel domaine?
L’ADN polymérase et son domaine 3’ exonucléase.
Quand, par rapport aux cycles cellulaires d’une cellule, doit-on absolument corriger les erreurs d’incorporation? Pourquoi?
Avant le prochain cycle cellulaire de la cellule, sinon le changement sera induit aux cellules filles, donc PERMANENT. (sauf s’il est délétère) En effet, dans la cellule fille, l’erreur sera maintenant considérée comme matrice, dirigera donc l’incorporation de son nucléotide complémentaire. Il n’y aura plus de mésaparriement (l’erreur ne sera plus considérée comme une erreur)
Vrai ou faux? Le système de réparation des mésaparriements doit corriger le nucléotide du brin matrice.
Faux. Il doit corriger le brin nouvellement synthétisé.
Quelle est l’ordre des composantes du système de réparation des mésaparriements?
MutS –> MutL –> MutH –> Hélicase –> Exonucléase –> ADN polymérase III –> Ligase
Quel est le rôle de MutS? Quelle est sa forme, lui permettant d’effectuer son rôle?
Elle reconnaît les distorsions du squelette sucre-phosphate causées par les bases mésappariées. C’est un dimère (deux sous-unités). Il y a deux sites de liaison à ATP (sur chacune des s.u.) qui permettent à l’enzyme de changer de conformation. Ce changement de conformation induit aussi un changement de conformation, mais chez l’ADN double brin (elle se courbe). Bref, son rôle n’est pas de réparer, mais de localiser et marquer.
Vrai ou faux? Quand il y a un mésappariement, la conformation spatiale de la double hélice est plus flexible.
Vrai
Quelles sont les deux enzymes que recrutent MutS?
1) MutL
2) MutH
Qu’à besoin de faire MutS pour recruter MutL et MutH?
Hydrolyser une molécule d’ATP.
À quoi sert MutL?
MutL, la deuxième composante du système de réparation (après MutS), active l’enzyme MutH.
Quel est le rôle de MutH?
Cette enzyme incisé le brin contenant le mauvais nucléotide = CÉSURE. C’est donc l’élément qui permet véritablement de démarrer la correction.
Où est l’incision faite par MutH sur le brin d’ADN?
Cette incision se fait AVANT le mésappariement sur le brin. Ce lieu est le site 5’ - GATC - 3’ non méthylé le plus proche du site de mésappariement, toujours AVANT celui-ci.
Après l’incision de MutH, quelle composante intervient? Quel est son rôle?
L’helicase spécifique (UvrD) est alors activée. Elle sépare les deux brins, du site incisé par MutH vers le mésaparriement (MutS).
Quelle composante intervient après l’hélicase UvrD? Quel est son rôle?
C’est une exonucléase 5’ vers 3’. Elle digère progressivement le simple brin au delà du mésaparriement.
L’hydrolyse de la première molécule d’ATP liée à MutS a permis de recruter MutL et MutH. À quoi sert la deuxième molécule d’ATP liée à MutS?
Une hydrolyse de la deuxième molécule d’ATP est effectuee afin de PROBABLEMENT permettre à MutS de se décrocher du site de mésaparriement.
Quelle enzyme intervient après l’exonucléase? Quel est son rôle et son lieu d’activité sur le brin?
C’est l’ADN polymérase III, et elle remplace le brin complémentaire. Le remplacement du brin a donc lieu entre le 5’ - GATC - 3’ et le site de mésappariement.
Quelle enzyme intervient à la suite de l’ADN polymérase III? Quel est son rôle?
C’est l’ADN ligase. Elle accroche l’extrémité 3’-OH au reste de la molécule d’ADN en synthétisant un pont phosphodiester.
Comment MutS reconnaît les distorsions du squelette sucre-phosphate causées par les bases mésappariées sur l’ADN nouvellement formé?
MutS reconnaît le brin nouvellement formé car le double brin est HÉMIMÉTHYLÉ juste après la réplication.
Expliquer le phénomène de l’hémméthylation du double brin nouvellement formé et de la biméthylation du double brin matrice.
Le double brin matrice est biméthylé, c’est-à-dire qu’il y a deux groupes méthyles sur chacun des brins. Ils se retrouvent sur les résidus d’adénine de la séquence 5’ - GATC - 3’. Lors de la réplication de l’ADN, seul le simple matrice possède des groupes méthyles, le nouveau brin ne les ayant pas encore reçu. C’est quelques minutes après la réplication que l’enzyme Méthylase Dam qui va ajouter les groupes méthyles sur le brin néosynthétisé.
5’ - GATC - 3’ est présente tous les combien nombre de bases?
La séquence est présente tous les 256 pb (=4^4).
Avant d’être recrutée et activée par MutS et MutL, MutH se lie à quel endroit?
MutH, inactivée, se lie aux sites hémmiméthylés sur le 5’ - GATC - 3’ non méthylé.
Le système MutS est associé à quel organisme?
E. coli.
Quelle exonucléase retire l’ADN si l’incision faite par MutH est en 5’ du mésappariement?
L’exonucléase VII 5’ vers 3’
Quelle exonucléase retire l’ADN si l’incision faite par MutH est en 3’ du mésappariement?
L’exonucléase I 3’ vers 5’
Chez les eucaryotes, quel système est analogue au système MutS chez E.coli?
MSH
Nommer une différence entre MutS et MSH par rapport à la reconnaissance du brin nouvellement formé.
Le mécanisme de MSH et de MutS étant assez semblable, il existe tout de même plusieurs variants. Par exemple, MutS reconnaît le brin nouvellement formé par hémiméthylation alors que MSH utilise le marquage du pont phosphodiester manquant entre chaque fragments d’Okasaki.
Avec qui intéragit MSH afin d’être recruté sur le site de synthèse du brin tardif?
La pince coulissante
Qu’est ce que l’hydrolyse désamination et par quoi est-elle causée?
Dégradation spontanée de l’ADN par hydrolyse (+H2O) qui se produit par l’action de facteurs environnementaux (qui sont indépendants des erreurs de réplication).
Expliquer l’hydrolyse désamination qui s’applique aux cytosines, le problème que cause cette désamination et finalement en quoi elle explique l’absence d’uraciles dans l’ADN.
1) La désamination des cytosines les change en uraciles.(+H2O et -NH3)
2) S’il y a désamination d’une cytosine en uracile, il va y avoir un appariement avec une adénine. (U-A)
3) S’il y avait des uraciles au lieu de thymines dans l’ADN, il serait trop difficile pour le système de réparation de reconnaître les vrais uraciles des uraciles résultant de la désamination des cytosines.
Expliquer l’hydrolyse désamination qui s’applique aux adénines et le problème créé.
1) Les adénines sont convertis en hypoxanthines. (-H2N pour groupement carbonyle O)
2) Les hypoxanthines vont s’apparier avec les cytosines au lieu des thymines. ( A-T —-> HA-C)
Expliquer l’hydrolyse désamination qui s’applique aux guanines et le problème créé.
1) Les guanines sont converties en xanthines (-NH2 pour groupement carbonyle O supplémentaire en C2)
2) Les xanthines vont encore s’apparier avec les cytosines, mais par le biais de de deux liaisons hydrogène au lieu de trois. (G|||C —-> G||C)
Quelles sont les différentes altérations de l’ADN possible?
1) L’hydrolyse (désamination, dépurination, transition)
2) L’alkylation
3) L’oxydation
4) La radiation
Qu’est ce que l’hydrolyse dépurination?
C’est une hydrolyse (+H2O) spontanée de la liaison glycosidique entre le sucre et sa base (-G/-C/-T/-A)
Qu’est ce qu’un site abasique?
Un desoxyribose sans base sur la double hélice.
Comment appelle-t-on l’hydrolyse qui consiste à enlever une purine et une pyrimidine à son sucre? Laquelle est la plus fréquente?
1) La dépurination et la dépyrimidination
2) La dépurination est la plus fréquente
Qu’est-ce que l’hydrolyse transition et le problème causé? À partir de quelle molécule cette hydrolyse est-elle possible? Est-ce une transition fréquente?
1) Désamination d’une base méthylée qui produit une autre base naturelle, la thymine.
2) Normalement, les dégradations de l’ADN entraînent des bases artificielles, facilement reconnaissable par les systèmes de réparation. Dans le cas de cette hydrolyse, le résultat est une base naturelle. Or, peut on reconnaître une thymine comme une mauvaise base?
3) À partir d’une 5’ - Méthyl-cytosine ont peut produire une thymine naturelle, grâce à une désamination
4) Oui, les transitions C vers T sont fréquentes!
Qu’est-ce qu’une alkylation? Donner un exemple.
Lorsque des groupes éthyles (C2H2) et méthyles sont transférés à des sites réactifs des bases.
Exemple: O6-Méthylguagine s’apparie avec une thymine
Qu’est-ce qu’une oxydation?
Création de radicaux livres, qui à leur tour produisent des attaques.
Qu’est-ce qui favorise les attaques par les radicaux libres?
Les radiations ionisantes et les agents chimiques.
Donner la définition des radicaux libres, leur caractéristique particulière et trois exemples de radicaux libres.
1) Espèces chimiques possédant un ou plusieurs électrons non appariés sur leur couche externe.
2) Ils sont très réactifs, ils cherchent à saturer leur couche externe.
3) Anion superoxyde O2, Peroxyde d’hydrogène H2O2, Hydroxyle OH
Vrai ou faux? Les radicaux libres ont une durée de vie très longue.
Faux. Ils ont une durée de vie très courte, dû à leur forte réactivité.
Quel est le résultat de l’oxydation de la guanine et la conséquence de celle-ci?
L’oxydation de la guanines a pour résultat l’oxoguanine (OXOG). Cette dernière peut aussi bien s’apparier avec une cytosine qu’avec une adénine.
Quelle maladie humaine est associée aux mutations dû à l’oxydation?
Cancer
Quels sont les 4 types de radiations ayant des effets sur le double brin d’ADN?
Les radiations UV, les radiations y (gamma) et les rayons X et les radiations ionisantes
De quelle longueur d’ondes sont les UV?
~260 nm
Vrai ou faux? Les radiations UV ne sont pas absorbées par les bases.
Faux. Elles sont fortement absorbées par les bases.
Donner un exemple d’effet qu’ont les radiations UV.
La création d’un anneau cyclobutane entre deux T adjacentes du même brin par photochimie —> formation d’un dimère de thymine.
Le dimère de thymine est composé de quelle liaison et à partir de quels carbones de ces deux thymines se fait cette liaison?
C’est une liaison covalente entre les carbones 5 et 6.
Quelle est la conséquences de la formation d’un dimère de thymine?
Les liaisons watson-crick sont rendues impossibles, il y a donc arrêt de l’ADN polymérase
Les radiations gamma (y) et les radiations X ont quel effet sur le double brin?
Ils provoquent la cassure du double brin.
La cassure provoquée par les rayons X et y (gamma) est-elle un cassure facile à réparer?
Non, c’est la plus difficile à réparer sans créer des erreurs. De cette façon, elle est très mutagène.
Quel est l’effet des radiations ionisantes?
Elle peuvent détruire directement le squelette sucre-phosphate ou indirectement, en produisant des radicaux libres (O2-, H2O2, -OH) qui vont agir à leur tour avec les radicaux du desoxyribose.
Les radiations ionisantes sont utilisées dans un certain traitement. Lequel? Dans quel but?
Elles sont utilisées en radiothérapie pour tuer les cellules cancéreuses.
Quel autre élément provoqué aussi des cassures et est utilisé en chimiothérapie?
La bléomycine 👻
Que veut-on dire par molécules analogues aux bases?
Molécules converties en nucléotide triphosphate et incorporées à l’ADN lors de la réplication.
En quoi les molécules analogues aux bases sont-elles dangereuses?
Elles s’apparient mal et créent des distorsions dans la structure de la double hélice. ☠️
Donner un exemple de molécule analogue aux bases.
Le 5-bromo uracile, analogie de la forme tautomérique enol de la thymine. Elle s’apparie avec la guanine.
Comment peut-être définir un agent intercalent?
Une molécule plane possédant des anneaux polycycliques qui interagissent avec les bases lorsqu’elles s’apparient et/ou s’emplient les unes aux dessus des autres autres grâce aux liaisons [π-π].
Donner un exemple d’agent intercalant.
Bromure d’éthidium
Que provoquent les agents intercalants?
Substitutions
Insertions (polymérase apparié une base à l’agent)
Délétions (polymérase glisse et saute une base)
Quelles sont les conséquences des dégradations de l’ADN? À chacunes de ces conséquences, relier le type de dégradation en cause.
1) Obstacle à la réplication et à la transcription (dégradations en cause: dimérisation de thymine, cassures simple et double brin)
2) Altération permanente de la séquence d’ADN après la réplication (dégradations en cause : altération des bases, par exemple la désimination)
Il existe 4 types de systèmes de réparation des lésions s
d’ADN. En quoi consistent les systèmes simples?
Ce sont des enzymes qui inversent le processus conduisant à la lésion. Elles réparent donc sans changer la pièce défectueuse.
Il existe 4 types de systèmes de réparation des lésions s
d’ADN. En quoi consiste les systèmes complexes?
Il y a excision par le système de réparation, ce qui retire le nucléotide fautif pour le remplacer par un autre. Il y a donc réparation en changeant la pièce défectueuse. C’est le brin parental qui sert de matrice pour recopier cette nouvelle pièce.
Il existe 4 types de systèmes de réparation des lésions s
d’ADN. En quoi consiste les systèmes “encore plus élaborés”?
Ce sont des systèmes de réparation par recombinaison. Ils sont spécialisés pour les cassures double brin et/ou lorsque les deux brins sont détériorés. Ce système est très mutagène.
Il existe 4 types de systèmes de réparation des lésions s
d’ADN. En quoi consiste le système de la polymérase trans-lésion?
Il supprime les obstacles à la réplication en court-circuitant les torsions. Il ne tient pas compte de la complémentarité des bases.
Donner deux exemples d’enzymes qui fonctionnent comme un système simple.
1) L’enzyme photolyase qui utilise l’énergie lumineuse pour détruire l’anneau de cyclobutane du dimère de thymine. On dit que la photolyase fait de la photoréactivation.
2) L’enzyme méthyltransférase qui retire le méthyle de la guanine en le transférant à son propre résidu cystéine. Par contre, c’est une réaction coûteuse pour la cellule car elle est irréversible. (En effet, l’enzyme n’a pas d’activité catalytique pour enlever le méthyle qui est sur elle, il ne peut donc être réutilisé.)
Les systèmes complexes, donc d’excision, peuvent agir sur deux niveaux de l’ADN. Lesquels?
Il peut y avoir excision de la base seule par le système ou excision du nucléotide au complet.
Quelle enzyme procède à l’excision d’une base endommagée? Décrire son mécanisme.
C’est la glycosylase. Elle reconnaît et retire la base endommagée en hydrolysant le pont glycosidique.
Vrai ou faux. L’excision de base par la glycosylase est le mécanisme le plus employé.
Vrai.
Après la dissociation de le base et du sucre par la glycosylase, quel mécanisme est activé?
Une réaction endonucléolytique est activée. Donc, le sucre abasique est retiré du squelette.
Vrai ou faux. Les ADN glycosylases sont efficaces pour toutes les lésions de l’ADN.
Faux. Les ADN glycosylases sont spécialisés selon le type de lésions.
Combien y a-t-il d’ADN glycosylases différentes dans les cellules humaines?
8 🎱
Compléter la phrase : Les glycosylases accèdent aux bases mésappriées en longeant le _______ à la recherche d’une _______ de la structure spatiale de la double hélice.
Les glycosylases accèdent aux bases mésappriées en longeant le SILLON MINEUR à la recherche d’une DISTORSION de la structure spatiale de la double hélice.
Que font les deux liaisons phosphodiesters afin de faciliter l’excision?
Elles font une rotation de manière à sortir la base fautive, laquelle peut alors être hâlée dans la cavité de l’ADN glycosylase. (Il y a donc rupture de la liaison w-c)
Quel est est le mode d’action du système d’excision lorsqu’il attaque le nucléotide au lieu d’une seule base?
1) Retrait d’un court ploynucléotide incluant la lésion
2) Réparation d’un brin excisé par une polymérase qui utilise l’autre brin comme matrice.
Le système d’excision de nucléotide chez E.Coli contient 4 protéines. Quelles sont-elles?
UvrA, UvrB, UvrC et UvrD.
Quel est le rôle du complexe UvrA-UvrB?
Il balaie l’ADN pour identifier une déformation.
Quelle des enzymes du complexe UvrA-UvrB quitte ce dernier. À quoi sert l’enzyme restante?
C’est UvrA qui quitte le complexe. UvrB reste afin d’ouvrir localement la double hélice autour de la déformation et de recruter 2 UvrC. Le complexe nouvellement formé se nomme UvrC-UvrB-UvrC.
À quoi servent les deux UvrC?
Elles excisent un 12-13 mère comprenant le nucléotide causant le mésappariement.
Après l’excision faite par les UvrC, UvrD est recruté. À quoi sert-il?
UvrD (une helicase) retire les 2 UvrC.
À la suite de UvrD, qui intervient (et comment) dans l’excision de nucléotide
L’ADN polymérase I et la ligase. L’ADN pol I remplace le brin excisé et la ligase synthétise le dernier pont phosphodiester.
Quel système chez l’humain est analogue à UvrA-UvrB chez E.Coli?
XPC-XPA-XPD
Vrai ou faux. Le système de réparation XPC-XPA-XPD est couplé à la transcription de l’ADN.
Vrai. La réplication ne peut continuer si la polymérase rencontre un mésappariement (elle ne peut passer par dessus). Il fait faire appel au système de réparation XPC-XPA-XPD.
XPA et XPD sont deux sous-unités de quelle enzyme? Quel est le rôle de ces deux sous-unités?
1) Le facteur de transcription (l’enzyme) TFIIH (h=hélicase)
2) XPA détecte le mésappariement
3) XPD sépare les brins pour la transcription et recrute une autre voie (ner) pour la réparation de la lésion.
La polymerase ne peut passer par dessus les mésaparriements. Quel mécanisme de sécurité la cellule peut elle faire appel lorsque ce problème survient?
La synthèse de translésion. Grâce à ce mécanisme de sécurité, la cellule peut court-circuiter l’obstacle.
La synthèse de translésion fait appel à deux classes spécialisées d’ADN polymérases (Y). Quelles sont-elles chez E.Coli et quel est leur rôle?
UmuC et UmuD’. Elles polymérisent directement des nucléotides en face du site endommagé sans respecter les règles de l’appariement des bases.
Comment la réparation par recombinaison fonctionne pour réparer une cassure double brin?
C’est grâce à l’utilisation de l’information de la séquence de la chromatide sœur
Vrai ou faux. La réparation par recombinaison doit aussi se faire avant la réplication.
Faux. Elle doit se faire après la réplication.
Compléter la phrase. Avant la réplication, la cassure double brin est la lésion de l’ADN la plus ______ pour le cellule:
Bloque la ______ —> perte de ______ —> _______
Avant la réplication, la cassure double brin est la lésion de l’ADN la plus TOXIQUE pour le cellule:
Bloque la RÉPLICATION —> perte de CHROMOSOMES —> MORT CELLULAIRE.
Puisque la réparation par recombinaison se fait après la réplication, mais qu’une cassure double brin avant la réplication est toxique, un système alternatif est utilisé. Lequel?
JENH = jonction d’extrémités non homologues. Ce système est très mutagène. 🎆🎆🎉🎆🎇🎉🎈🎇🎈🎉🎈🎊
