Structure, réplication et réparation ADN Flashcards
L’expérience de Fred Griffith (1944)
Streptococus pneumoniae :
Souche pathogène: S pour “Smooth”
(causant une pneumonie)
Souche non-pathogène R pour « Rough »
Souche S (pathogène) chauffée avant de l’injecter, les bactéries mortes, donc la souris survivait
Expérience de transfert par transformation du phénotype S des bactéries mortes et de sa pathogénicité à la souche R
Phénotype
apparence ou comportement
Génotype
information portée par le génome
UNITÉS DE BASE DES ACIDES NUCLÉIQUES
LES NUCLÉOTIDES
STRUCTURE DES NUCLÉOTIDES
Base + Sucre + Phosphate
STRUCTURE DES NUCLÉOSIDES
base + sucre
AMP
adenosine monophosphate
dAMP
deoxyadenosine monophosphate
UDP
uridine diphosphate
ATP
adenosine triphosphate
Bases azotées
Bases azotées:
A, G (purine)
T, C, U (pyrimidine)
ADN: A,G,T, C ARN: A, G, U, C
Sucre:
Ribose (ARN) et Désoxyribose (ADN)
Différence ribose et désoxyribose
ribose a un OH sur le carbone 2’ et le désoxyribose a un H (grande différence parce que le OH est très réactif et le H n’est pas réactif du tout - ARN est instable, facile de le dégrader VS ADN est stable)
Les posphates
1 phopsphate : Adénosine Mono-Phosphate
2 phopsphate : Adénosine Di-Phosphate
3 phopsphate : Adénosine Tri-Phosphate
(si la base est l’adénine)
Lien phosphodiester
Dans l’ADN et l’ARN les nucléotides sont liés par des liens phosphodiester
entre les carbones 5’ et 3’ des sucres
charge des phosphates
Phosphates impliqués dans liens phosphodiesters confèrent charge négative à l’ADN
Toujours un sillon mineur et un sillon majeur
endroit où les brins sont plus proches et où ils sont plus loin
Dans les interactions avec les protéines, certaines protéines pourront interagir avec le sillon majeur et certaines pourront interagir avec le sillon mineur
NB de pont hydrogène par lien
A-T = 2 ponts hydrogène / G-C = 3 ponts hydrogène /
Squelette de l’ADN
enchaînement des sucres et des phosphates à l’extérieur de l’hélice
Génome haploïde humain:
3 x 109 paires de bases = 1-3 mètres Dans un noyau de 10 μM
charge molécule qui réagit avec l’ADN
positive
Dénaturation de l’ADN
pH, concentrations des sels diminuée qui diminue les interactions entre les brins, enzymes
Télomères
es télomères sont requis pour préserver l’intégrité des extrémités des chromosomes
Trois éléments requis pour répliquer adéquatement un chromosome:
1) Origines de réplication
2) Centromère (s’attache au fuseau mitotique)
3) Télomères
Pendant quelle phase a lieu la réplication
La réplication a lieu lors de l’Interphase,
dans la phase S
La réplication de l’ADN est semi-conservative
À chaque réplication, il a conservation d’un brin et formation d’un nouveau brin
Origine de réplication
Il y a de multiples origines de réplication
L’ADN POLYMÉRASE A PLUSIEURS CONTRAINTES
1- ELLE NE PEUT SYNTHÉTISER QUE DANS LE SENS 5’à3’
2-ELLE REQUIERT UNE AMORCE d’ADN ou d’ARN
ne peut pas initier la réplication, doit ajouter un nouveau nucléotide à
un bout 3’ déjà existant
3-ELLE REQUIERT UNE MATRICE (brin matrice à copier, région simple brin)
rôle de la matrice
Un brin d’ADN sert de matrice pour la synthèse du brin complémentaire par addition de nucléotides
Énergie qui permet la réplication
C’est l’énergie libérée par la coupure de 2 phosphates (sur 3, car les nucléotides ajoutés sont des nucléotides triphosphates) liés au nucléotide servant à la synthèse qui permet la réplication
L’ADN polymérase permet de coupler la libération d’énergie à la réaction de polymérisation
Efficacité de l’ADN polymérase
100 nucléotides à la seconde chez l’humain.
Il y a donc, chez l’humain, une réplication totale du génome en 6 à 8 heures environ.
Origine de réplication
La réplication débute au niveaux des origines de réplication La synthèse d’ADN est bidirectionnelle
fourche de réplication
En forme de Y /
deux fourches de réplication formées à chaque origine de réplication
Les deux fourches de réplication s’éloignent dans des directions opposées à partir de multiples origines de réplication dans les chromosomes
Étape début réplications (déroulement ADN)
1) L’origine est reconnue par des protéines d’initiation qui ouvrent l’hélice séparant les brins
2) Liaison de l’hélicase (fonction d’ouvrir l’ADN double-brin, dézipe l’ADN)
3) Liaison de la primase (fait des petites amorces en ARN)
4) -> formation du complexe primase- hélicase
types de brins
Brin conducteur: Synthèse d’ADN continue a partir d’une seule amorce
Brin retardé (tardif): doit être synthétisé de façon discontinue, sous forme de courts fragments (fragments d’Okasaki - une amorce par fragment) qui seront ensuite réunis bout à bout
Étape pour sceller les fragments d’Okasaki
L’ADN polymérase III avance jusqu’à l’amorce suivante
Une activité ribonucléase élimine l‘amorce en ARN
L’ADN polymérase I de réparation complète l’ADN entre les fragments d‘Okazaki
Une ligase selle le « nick »
amore/nb de nucléotide
différent d’une espèce à l’autre : Chez les eucaryotes, La primase ajoute une amorce d’ARN de 10 nucléotides à tous les 200/300 nucléotides
Chez E. coli l’amorce est de 5 nucléotides et les fragments d’Okazaki de 1000 nucléotides
Principales protéines impliquées dans la réplication chez E. coli
Primase ADN polymérase III ADN polymérase I ADN Ligase SSB (Single stranded binding) protéine Hélicase
rôle primase
Primase: ARN polymérase qui ne requiert pas d’amorce pour polymériser des ribonucléotides. Synthétise des amorces d’ARN à partir d’une matrice d’ADN
Rôle ADN polymérase III
Utilise les amorces d’ARN sur le brin retardé pour synthétiser les les fragments d’Okasaki du brin tardif). Une seule amorce d’ARN est requise pour synthétiser le brin conducteur
Rôle ADN polymérase I
Enzyme avec deux activités requises; 1) Activité de Nucléase (enlève l’amorce d’ARN); 2) Activité d’ADN polymérase dite de réparation
Rôle ADN ligase
Une enzyme qui lie deux bouts d’ADN en créant un lien phosphodiester et en utilisant de l’ATP
Rôle Sliding clamp
Clamp coulissant protéine circulaire maintient l’ADN polymérase et l’ADN pendant la synthèse d’ADN
Rôle SSB
protéine fixant l’ADN simple brin, dont son rôle est d’empêcher ce brin de s’apparier avec son brin complémentaire
Rôle hélicase
sépare les brins / Protéines de liaison à l’ADN simple brin maintiennent brins
séparés
Particularité synthèse du brin retardé
formation d’une boucle (synthèse à l’envers)
Rôle télomèrase/télomères
La télomérase reconnaît des séquences spécifiques des extrémités des chromosomes auxquelles elle se lie pour y rajouter des séquences répétées qui serviront de matrice à la réplication des extrémités des chromosomes eucaryotes.
Cela évite la perte de séquences importantes aux extrémités chromosomiques
Problème de la réplication aux extrémités
Bout du chromosome : amorce sont enlevées
Morceau restant sans ADN une fois que l’amorce est enlevée (plus de OH disponible pour faire la synthèse d’ADN - besoin de 3’ OH pour amorcer la réplication)
Donc perte d’information à chaque division et d’une génération à l’autre
Risque de perdre information chromosomique importante si perd un bout d’ADN à chaque nouvelle réplication des chromosomes
Portions de la télomérases
1) partie protéique
Activité d’ADN polymérase capable d’utiliser de l’ARN comme matrice
(= activité de ‘reverse trancriptase’ = transcriptase inverse)
2) PARTIE ARN
= Matrice d’ARN faisant partie intégrante de la télomérase
Étape de l’élongatiom par la télomérase
Extension du brin complémentaire au brin retardé La télomérase agit comme une polymérase utilisant son ARN comme matrice
La télomérase se re-apparie avec l’extrémité de la séquence ajoutée plusieurs fois ici. Plusieurs séquences répétées peuvent ainsi être ajoutées en tandem
On présume que la le brin tardif est complété
par l’ADN polymérase a, qui elle porte une activité primase
Exemple médical télomérase : Vieillissement
Vieillissement : Cellules somatiques perdent leur activité télomérase : les télomères se raccourcissent à chaque division cellulaire
Exemple médical télomérase : Cancer
Le cancer précoce cause la perte rapide des télomères = mort des cellules
Tumeur tardive engendre la réactivation de la télomérase = prolifération cellulaire
Exemple médical télomérase : Inhibition de la réplication dans le traitement des cancer
Le mécanisme de la réplication est la cible du traitement de beaucoup de cancers. Il est, par exemple, possible de bloquer la réplication de l’ADN en donnant un
« analogue de Thymidine » (tel l’AZT). L’ADN polymérase ne peut, dès lors, plus synthétiser l’ADN
On peut également utiliser un inhibiteur de la Topoisomérase
Lorsqu’on cible la réplication, on cible toutes les cellules en division sans distinguer forcément les cellules saines des cellules cancéreuses, ce qui occasionne les effets secondaires
Exemples médicaux télomérase
Vieillissement
Cancer
Inhibition de la réplication dans le traitement des cancer
Causes de la réparation
• D’une part, des erreurs d’incorporation de nucléotides peuvent survenir pendant la réplication de l’ADN - rares erreurs faites par l’ADN polymérase
(erreur de la machinerie réplicative)
- D’autre part, l’ADN des cellules subit constamment des lésions provoquées par le métabolisme (pH, ROS [reactive oxygen species]), les radiations (UV, rayon X, etc) et des composés chimiques dans l’environnement
- Ces changements dans la séquence de l’ADN peuvent causer des maladies
- Les cellules possèdent plusieurs mécanismes de réparation de l’ADN pour maintenir l’intégrité du génome
Si pas de réparation :
Au cycle de réplication suivant, une des molécules d’ADN sera mutée de façon permanente et la mutation sera transmise
Mutation dans des cellules germinales (hérédité)
Des modifications permanentes de l’ADN sont appelées des mutations.
Certaines mutations peuvent conduire à des maladies incluant des cancers (plusieurs mutations surviennent dans la plupart des cancers)
Si ces mutations surviennent dans les cellules germinales, elles peuvent être transmises à la descendance
Exemple de mutation dans des cellules germinale
Exemple: l’anémie falciforme, maladie génétique
Mécanismes de Réparation de l’ADN
- Réparation durant la synthèse de l’ADN « Proofreading »
- Correction post-réplicationnelle des mésappariements
« DNA Mismatch Repair System » :
3) Réparation des lésions par excision « Excision Repair »
- Réparation durant la synthèse de l’ADN « Proofreading »
(CORRECTION CO-RÉPLICATIONNELLE ou
CORRECTION SUR ÉPREUVE « Proofreading »)
Au cours de la synthèse de l’ADN, l’ADN polymérase vérifie son propre travail et le corrige au besoin :
- Vérification par la polymérase lors de l’appariement des bases.
- Reconnaissance des mauvais appariements par déformation de l’hélice (les ponts H sont différents).
- Activité exonucléase de la polymérase : Elle détache le mauvais nucléotide par hydrolyse du lien phosphodiester en reculant et agit ainsi en exonucléase
- L’action régulière de polymérisation de la polymérase est reprise.
- Grâce à ce processus, il ne survient qu’environ 1 erreur résiduelle/10 000 000 nucléotides.
Quand est ce que la correction post-réplicationnelle des mésappariements
est utilisée?
Mécanisme en action lorsque la polymérase n’a pas détecté la mutation de façon co-réplicationnelle
Sites de l’ADN polymérase
l’ADN Polymérase a un site catalytique de polymérisation
(P)
Et un site d’édition (E) pour l’excision et la correction.
Si un nucléotide ajouté dans un brin d’ADN en croissance (en rouge) est incorrect, ce brin se déplace temporairement vers le site E pour correction.
Comment le processus de Correction post-réplicationnelle de Mésappariements reconnaît le nouveau brin?
Ce mécanisme est spécifique au nouveau brin, donc celui-ci doit être identifié en tant que tel
Chez les Gram-négatifs comme E. coli, cette reconnaissance est faite grâce à que le nouveau brin n’est pas immédiatement méthylé
Chez d’autres organismes il n’est pas clair comme ça se fait. On suppose que le brin néosynthétisé contient de « nicks » qui aident à l’identifier
(pourquoi?)
nick: brèche ou coupure simple brin rupture (manque) d’un lien
phosphodiester
Processus de réparation par Correction post-réplicationnelle de Mésappariements
Les mésappariement causent une distorsion de la double hélice, qui est détectée par des protéines spécifiques
Le protéines de reconnaissance forment un complexe qui recrute une exonucléase (Exo1)
Une portion du nouveau brin incluant le nucléotide erroné est dégradée par l’exonucléase
• Réparation de cette lacune par l’ADN polymérase et ligation
L’ADN est continuellement endommagé dans la vie d’une cellule
Dépurination
Déamination
Dimères de Thymine
Dépurination
Des collisions thermiques entre molécules causent la perte de purines (G, A) de certains nucléotides
Dans le temps que vous lisez cette phrase les cellules de votre corps ont perdu un billon (1012) de leurs purines
Ceci ne casse pas le squelette phosphodiester de l’ADN, mais génère des lésions que l’on peut comparer à des dents manquantes.
Déamination
Le métabolisme peut causer la perte groupement amino de cytosines causant la transformation en base uracile (qui est non-complémentaire à la base située sur l’autre brin d’ADN) pas de perte de base dans ce cas-ci
Dimères de Thymine
Les rayons UV du soleil peuvent endommager l’ADN en provoquant la formation de liens covalents entre deux thymines adjacentes
Formation d’un dimère de thymine:
Bris du double lien C-C à l’intérieur du cycle de la base et formation d’un lien covalent avec la base inférieure ou supérieure sur le brin
Réparation des Lésions par Excision
1 ) Excision
2) Synthèse
3) Ligation
1 ) Excision
L’ADN endommagé est reconnu et la portion affecté est excisée par une nucléase (des nucléases différentes reconnaissent différents types de dommages)
2) Synthèse
Une ADN polymérase de réparation se fixe au brin venant de subir la coupure et fait une copie complémentaire (5’ vers 3’) du brin (normal) laissé indemne
3) Ligation
Finalement, la cassure existant toujours au niveau du squelette phosphodiester est reliée grâce à une ADN ligase (la même qui sert à relier les fragments d’Okazaki)
