Soutenance mémoire
Rôle biologique de l’ADN
La synthèse protéique
Comment le message génétique codé dans cet ADN est-il lu par la cellule? Un messager intermédiaire est nécessaire : il s’agit de la molécule d’ARN (acide ribonucléique simple brin qui diffère de l’ADN par son sucre – un ribose- et par l’uracile, base s’appariant avec A, et remplaçant la thymine), synthétisée au cours du processus de transcription. Cet ARN permet le transfert de l’information génétique portée par un gène, dans un noyau cellulaire eucaryote, jusqu’au cytoplasme. Pendant le transfert d’information, l’ARN pré messager est épissé pour donner une succession de séquences codantes (successions d’exons ou ARN messager mature) ensuite traduites, grâce aux ribosomes et ARN de transfert, sous forme de molécules particulières, les protéines. Celles-ci sont les véritables « ouvrières » de la cellule, bases de l’édifice de la cellule et constituants essentiels du vivant (elles forment les parois, les enzymes, les anticorps, etc.). Chaque gène code, via les codons (ensemble de 3 bases) de ses ARN messagers, une instruction déterminant la synthèse d’une protéine particulière, chargée dans la cellule d’une tâche spécifique (on dit alors qu’un gène « code » pour une protéine donnée). L’épissage alternatif permet la synthèse de plusieurs protéines à partir d’un même gène (un gène code alors pour un ensemble de protéines).
Le nombre d’acides aminés constitutifs de ces protéines est lié à la combinaison des bases simples C, G, A, T ou U. Il existe en théorie 4³ combinaisons possibles pour définir un acide aminé. Dans la réalité nous n’en décomptons que 20 fondamentaux. Ceci dénote une particularité du code génétique : il est redondant (plusieurs triplets codent pour le même acide aminé) et dégénéré (3ième base du codon dite flottante). Pour exemple, la méthionine (Met) n’est codée que par une seule combinaison de bases ou codon (AUG), alors que l’arginine (Arg) et la leucine (Leu) sont codées par 6 codons (exemple de redondance). La correspondance standardisée d’un code à 4 lettres en code à 20 acides aminés permet ainsi la synthèse et la fonctionnalité de toutes les protéines susceptibles d’intervenir au sein de la cellule et à l’échelle de l’organisme.
La transmission des caractères héréditaires et de l’information génétique
Chaque noyau cellulaire eucaryote contient notre matériel héréditaire entier (l’ADN). Une des singularités de l’ADN est d’être formé de deux brins « complémentaires » et antiparallèles, semblables à une photographie et son négatif. C’est la clé du mécanisme de son dédoublement, ou réplication, qui se produit lors de la division cellulaire. Les deux brins complémentaires se séparent alors, et le négatif de chaque brin est synthétisé, via le processus de réplication. Cette dernière donne lieu à la formation de deux molécules d’ADN strictement identiques à la molécule initiale. Cette réplication a lieu durant la phase S du cycle cellulaire. La réplication de l’ADN est dite semi conservative, la nouvelle molécule contient une moitié de la molécule parentale et une moitié nouvellement synthétisée. La vitesse de réplication de l’ADN dans une cellule eucaryote est d’environ 50 paires de bases à la seconde. Il faut donc plusieurs origines de réplication simultanées pour que la duplication de l’ADN se fasse en un temps raisonnable.
Mécanisme de réplication de l’ADN
La réplication de l’ADN est majoritairement effectuée par des ADN polymérases ( et essentiellement), enzymes qui ajoutent des nucléotides au brin nouvellement synthétisé. Elle se sert de l’appariement des bases afin de savoir quels nucléotides doivent être incorporés au brin grandissant en utilisant le brin initial comme support. Cette enzyme catalyse deux réactions principales : la création de ponts hydrogène entre les bases azotées et la formation de liens phosphodiester. De nombreuses autres protéines participent aussi à la réplication de l’ADN ; c’est le cas de l’hélicase, responsable de la création de fourches de réplication, ouvertures créées dans l’ADN double brin afin de permettre à l’ADN polymérase de s’y lier. La réplication de l’ADN implique :
L’orientation d’élongation systématique du nouveau brin dans le sens 5’ – 3’ La présence d’une amorce d’ARN créée par l’ARN primase afin d’initier la réplication .
Il est à noter que la synthèse de l’ADN 5’- 3’ sur le brin parental 5’- 3’ ne peut être effectuée dans le même sens que la réplication globale. Au fur et à mesure que la réplication globale progresse, des amorces d’ARN doivent être synthétisées afin de permettre la réplication du brin retardé dans le sens opposé. Les multiples nouveaux fragments d’ADN obtenus sont appelés fragments d’Okazaki. Chacun de ces fragments sont reliés par une ADN ligase afin d’obtenir un brin d’ADN intact. Finalement, toutes les amorces d’ARN utilisées au cours de la réplication doivent être remplacées par de l’ADN; cela est effectué par un autre type d’ADN polymérase. À la fin de la réplication, on obtient deux copies identiques d’ADN; chacune contient une moitié de la molécule parentale et une moitié néo synthétisée. Chacune de ces molécules filles se distribue ensuite respectivement dans une des deux cellules issues de la division cellulaire.
La division cellulaire
Durant la première phase (phase G1), la cellule croît et augmente son volume, synthétisant des protéines. Puis elle entre en phase S, durant laquelle l’ADN se réplique. La cellule duplique son matériel génétique et une copie de chacun de ses chromosomes est effectuée. Durant la phase suivante (phase G2), la cellule vérifie la fidélité de la réplication de l’ADN (réparation postréplicative) et prépare la division cellulaire. Les chromosomes sont séparés (Mitose) et la cellule se divise en deux cellules filles. A travers ce mécanisme, les deux cellules filles sont dotées des mêmes chromosomes que ceux de la cellule mère. Après la division, les cellules retournent en phase G1 et le cycle cellulaire s’achève. Chez la plupart des cellules de mammifère, ce cycle cellulaire peut prendre entre 10 et 30 heures. Les cellules en phase G1 ne poursuivent pas toujours le cycle cellulaire. Elles peuvent quitter le cycle cellulaire et entrer en phase d’attente (phase G0).
Ces mécanismes fondamentaux, hautement conservés à travers l’évolution sont ubiquitaires chez tous les organismes eucaryotes. La fidélité de la réplication est assurée par des processus enzymatiques complexes, vérifiant la complémentarité des bases (A-T et G-C) et corrigeant les erreurs aléatoires (moins d’une erreur pour un milliard de nucléotides additionnés). Toutefois lorsque la réplication est fautive (erreur d’inversion, de lecture ou ajout de nucléotides excédentaires), une mutation ou erreur génétique a lieu dans la séquence d’ADN. Cette dernière pourra être transmise au cours des générations cellulaires futures.
L’ADN : biopolymère cible d’agressions : Les altérations du support de l’information génétique
Ajouté aux altérations dues aux réactions d’oxydation médiées par les espèces réactives de l’oxygène issues du métabolisme cellulaire, un vaste spectre d’agents délétères endommage perpétuellement l’ADN, de manière réversible ou non. On peut noter quatre classes principales de dommages sur la double hélice : les coupures simples et doubles brins, les bases modifiées, les pontages ADN-ADN et ADN/protéines et les sites abasiques (provenant d’une altération première du sucre ou d’une perte de base).
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Table des matières
INTRODUCTION
I. Structure de l’ADN
A. Structure primaire de l’ADN
B. Structure secondaire de l’ADN
II. Rôle biologique de l’ADN
A. La synthèse protéique
B. La transmission des caractères héréditaires et de l’information génétique
1. Mécanisme de réplication de l’ADN
2. La division cellulaire
III. L’ADN : biopolymère cible d’agressions : Les altérations du support de l’information génétique
A. Les altérations spontanées
1. La réplication source d’erreurs
2. Instabilité chimique des acides nucléiques
B. Les espèces réactives dérivées de l’oxygène
C. Les méthylations non enzymatiques
D. Les effets du rayonnement solaire
E. Les radiations ionisantes
F. Les agents chimiques exogènes
IV. Conséquences biologiques des agressions de l’ADN et réponse mise en œuvre par la cellule
A. La réparation par Excision de Nucléotides (NER)
B. La réparation des cassures doubles brins
C. La réparation des mésappariements (MMR)
D. La réparation par réversion (RR)
1. Les différentes enzymes impliquées
2. Les glycosylases et la réparation des bases alkylées
3. Les enzymes de réparation par réversion et le développement des traitements anticancéreux : inhibition enzymatique volontaire
E. La réparation par Excision de Bases (BER)
1. Généralités
2. Mécanismes d’action des glycosylases
V. Les principales ADN N-glycosylases intervenant dans la Réparation par Excision de Bases
A. L’UNG et la réparation de l’uracile dans l’ADN
B. La réparation de la 8-oxo-7,8-dihydroguanine par le système OG
1. Réparation de la 8-oxo-7,8-dihydroguanine appariée à une cytosine
a Le système Procaryote : La Formamidopyrimidine glycosylase Fpg (Mut M)
b Le système eucaryote et la 8-oxo-7,8-dihydroguanine glycosylase 1 : l’enzyme OGG1
2. Réparation de la 8-oxo-7,8-dihydroguanine appariée à une adénine et maintien du pool de dGTP : MYH et MTH: Mut Y et Mut T homologues
C. L’endonucléase III (Endo III et homologue de NTH1)
D. Déficiences dans le système de Réparation par Excision de Bases : implications dans certaines pathologies
1. Déficience de MYH
2. Déficience de OGG1
3. Déficience d’autres enzymes impliquées dans le BER
VI. Suivi de la réparation des dommages: Différentes techniques utilisées pour la mesure de la réparation des lésions de l’ADN
A. Mesures du taux de dommages dans l’ADN
1. Réparation et méthodes radioactives
2. Réparation et techniques chromatographiques
3. Réparation au niveau cellulaire : le test des Comètes et l’élution alcaline
B. Mesures biologiques utilisant un vecteur exogène lésé
1. Test de réactivation en cellule hôte : « Host cell reactivation assay »
2. Suivi de la réparation par excision-resynthèse : les puces plasmides
C. Méthodes physicochimiques utilisant des sondes synthétiques portant les lésions
CONCLUSION
