Télomères et généralités

Télomères et généralités 

Télomères: Généralités 

Les Télomères ou les extrémités des chromosomes linéaires eucaryotes ont été décrits pour la première fois il y a 80 ans par Muller et McClintock respectivement chez la drosophile et le maïs. Muller a montré que les extrémités des chromosomes interagissent rarement avec les extrémités de cassures radio induites. Ainsi, il proposa que les extrémités des chromosomes possèdent une structure particulière appelé télomères du grec telos (fin) et mere (segment). Ce concept ne désignait pas seulement l’extrémité physique des télomères mais plutôt « un gène terminal avec une fonction particulière qui est ancré à l’extrémité ». Dans un même temps, B. McClintock étudiant les cassures radio induites démontre que les chromosomes cassés fusionnent régulièrement au niveau des extrémités avec les chromatides sœurs, menant à des cycles de cassures /fusions/ ponts presque toujours associés à des pertes de séquences télomériques au niveau des points de jonction. Ainsi, elle distingue les chromosomes altérés des chromosomes normaux selon l’existence ou non de cycles d’instabilité. A l’image des séquences génomiques, les séquences télomériques peuvent être remaniées spontanément (très rarement) ou bien suite à un stress environnemental. Ces remaniements sont divers mais font suite à une altération de la structure des télomères, occasionnant divers remaniements parmi lesquels on retrouve des fusions ou associations selon les cas, des pertes ou gains de télomères et des échanges réciproques ou non entre ces séquences. A eux deux, Muller et Mc.Clinctock démontrent que les chromosomes présentent des cassures aux extrémités qui conduisent à des cycles d’instabilité remaniant considérablement le génome. Ainsi, dés le début du siècle, les extrémités des chromosomes sont jugées indispensables au maintien de l’intégrité des chromosomes. Depuis les années 90, la notion de « télomère capping » a été avancée. Ainsi, l’organisation fonctionnelle des télomères assurerait une protection contre des événements de recombinaison inappropriés ou d’éventuelles dégradations.

Structure des télomères : ADN télomérique 

ADN Télomérique 

Les télomères sont des structures nucléoprotéiques particulières, localisées à l’extrémité de chromosomes linéaires, indispensables au bon fonctionnement de la cellule. Les télomères permettent de distinguer les extrémités naturelles de l’ADN lésé empêchant ainsi l’activation des points de contrôle ou « checkpoints » consécutifs à la détection des cassures de l’ADN. Les télomères participent à de nombreux événements cellulaires tels que le maintien de l’intégrité génétique, l’organisation du noyau, la ségrégation des chromosomes. La séquence des télomères varie selon les espèces. La première séquence télomérique fut décrite chez le protozoaire cilié Tetrahymena thermophila (Blackburn E. H. et al., 1978). Ses télomères sont constitués de séquences TTGGGG répétée de 50 à 70 fois. Les séquences télomériques correspondent à une succession de motifs nucléotidiques répétés en tandems. Le nombre ce ces répétitions varie selon les espèces, les individus voire les chromosomes. Tout d’abord, la taille des motifs répétés varie selon les espèces. Des motifs peuvent atteindre jusqu’à 22 paires de bases notamment chez la levure bourgeonnante Candida Albicans. Certaines espèces présentent d’autres types de motifs avec notamment des éléments transposables. Ainsi, chez la drosophile, les télomères sont constitués de 2 éléments transposables HetA et TART (Biessmann et al., 1990). Par ailleurs, il existe d’autres insectes notamment diptériens qui présentent une organisation mixte où les séquences répétées coexistent avec les éléments transposables nonLTR. Chez la levure Saccharomyces Cerevisiae, les répétitions télomériques terminales sont hétérogènes et respectent le motif 5’-TG2-3(TG)1-6-3’ (plus communément dénommé TG1-3) (Walmsley et al., 1983); (Shampay et al., 1984); (Wang and Zakian, 1990). La diversité des séquences télomériques chez S.Cerevisae s’explique par les divers positionnements de la matrice RNA de la télomérase au niveau de l’extrémité 3’ télomérique. Chez les mammifères, les télomères sont constitués de motifs répétés en tandem TTAGGG dont le nombre varie selon les organismes. Ces séquences présentent une taille allant de 5 à 15 kb chez l’homme jusqu‘ à 80kb dans certaines souches de souris (Morin, 1989; Moyzis et al., 1988; Zijlmans et al., 1997).

L’ADN télomérique est généralement bicaténaire excepté à l’extrémité terminale 3’OH, plus longue, et donc sous forme simple brin. La longueur de cette extrémité simple brin varie aussi selon les espèces. Chez Tetrahymena thermophila, elle varie de 14 à 21 nucléotides et demeure inchangée pour tous les chromosomes. Chez S.Cerevisiae, la taille de l’extension simple brin varie de 12 à 15 nucléotides atteignant 30 durant la phase S. Chez l’homme, l’extension simple brin présente une taille oscillant entre 150 et 400pb (Makarov et al., 1997); (McElligott and Wellinger, 1997); (Wright et al., 1997). Les séquences subtélomériques plus proximales sont constituées de motifs répétés plus variés. A la différence des séquences télomériques, ces séquences sont peu conservées durant l’évolution. Ainsi chez S.Cerevisae, les séquences subtélomériques sont composées de répétitions dispersées appelées X et Y’ qui contiennent des séquences consensus ARS (Autonomously Replicating Sequences) constituant des origines de réplication pour le télomère (Chan and Tye, 1983; Wright et al., 1992). Chez l’homme, les séquences subtélomériques doubles brins sont constituées de 2 parties, distale et proximale par rapport aux centromères. Les séquences subtélomériques possèdent la même orientation de séquences que celle des télomères. De plus, la conservation des séquences suit un gradient décroissant du télomère vers le centromère (Ellis et al., 1989). Adjacents aux télomères se trouvent des séquences courtes séquences dégénérées très polymorphes, constituant un lieu d’échanges entre les chromosomes homologues. Plus loin des télomères se trouvent des séquences moyennement répétitives, hypervariables, constituant des points chauds de recombinaison lors de la méiose (Allshire et al., 1989). Les séquences subtélomériques pourraient provenir à l’origine de glissements lors de la réplication et d’échanges intra et interchromosomiques inégaux.

Réplication des télomères 

La réplication des télomères semble différer selon les espèces. Dans les cellules Indian montjuac, le temps de réplication est propre à chaque télomère durant la phase S (Zou et al., 2004a). La réplication des bras courts et des bras longs d’un chromosomes seraient coordonnées mais asynchrones contrairement à la levure (Zou et al., 2004a). Par contre, l’ADN télomérique est répliqué durant la phase S dans les cellules humaines (Wright et al., 1999), (Hultdin et al., 2001). Les régions subtélomériques se répliqueraient plus tardivement (en fin de phase S) (Ofir et al., 1999). L’équipe de Karlseder a proposé un modèle selon lequel la réplication se répartissait en deux phases : une première phase (I) durant la phase S et une autre en G2-M. L’achèvement de la réplication se produirait en fin de phase S voire début de phase G2 expliquant la réplication tardive des extrémités télomériques (Verdun et al., 2005). Jusqu’à très recemment, aucune origine de réplication n’avait été encore observée au niveau des télomères humains,.Ainsi, les régions subtélomériques supposaient constituer le point de démarrage de la réplication des extrémités chromosomiques. Pourtant de recents travaux ont permis d’identifier des complexes protéiques chargés de la reconnaissance des origines de réplication (ORC) au niveau des télomères (Deng et al., 2007). Parmi ces complexes, la proteine ORC2 a été décrite commme interagissant avec TRF2 et les séquences télomériques. Il semble que ce complexe, probablement recruté par la protéine TRF2, faciliterait la réplication des télomères préservant l’integrité des séquences télomériques (Deng et al., 2007). Selon le modèle de réplication discontinue, la synthèse des extrémités des télomères est asymétrique formant deux structures distinctes. La réplication du brin (CCCTAA) «directeur» (riche en C) est continue, copiant le brin jusqu’à l’extrémité des télomères pour générer des extrémités télomériques franches. Par contre, le mode de synthèse discontinue (réplication du brin riche en guanine dit « retardataire ») va produire une extension sortante suite au positionnement et à la dégradation de l’amorce d’Okazaki la plus distale . La taille peut varier de quelques paires de bases (pb) (16pb taille de l’amorce) à quelques centaines de pb selon le positionnement de l’amorce. La formation des extrémités 3’ nécessiterait le passage de la fourche de réplication au niveau des télomères en fin de phase S pendant la réplication des chromosomes. La taille de ces extensions serait transitoirement plus grande que durant le reste du cycle chez la levure (Larrivee et al., 2004; Wellinger et al., 1993). Après la réplication, le brin fils du brin « directeur » va être dégradé suivant l’orientation 5’-3’ conduisant à la formation de l’extension simple brin en 3’-OH. Bien que le brin «retardataire » présente une extrémité 3’OH, les extensions simples brins ne sont achevées qu’après dégradation du brin riche en C. La réplication conventionnelle de molécules linéaires issues de la synthèse du brin «retardataire» génère spontanément des extensions simples brins. Les molécules filles issues du brin « retardataire » sont aussi resséquées par une nucléase formant une extension simple brin plus longue, indispensable à la formation d’une structure tridimensionnelle. Chez l’homme, en absence de télomérase, les extensions 3’ des molécules issues du brin « retardataire » sont plus longues que celles issues du brin « directeur » (Chai et al., 2006). La résection des brins selon l’orientation 5’ serait indispensable à la formation de l’extension 3’ télomérique simple brin. Alors que chez la levure cette étape serait prise en charge par le complexe MRE11/RAD50/Xrs2 (Larrivee et al., 2004), la nucléase à l’origine de la résection des brins 5’ riche en C n’est pas connu à ce jour dans les cellules humaines. Toutefois, aux vues de leurs activités d’exonucléases le complexe MRE11/RAD50/Nbs1 et la protéine Apollo constituent de sérieux candidats à la résection des télomères (Verdun et al., 2005),(Lenain et al., 2006; van Overbeek and de Lange, 2006). Il a été proposé qu’après la réplication, les télomères soient au préalable reconnus en tant que dommages de l’ADN pour recruter la machinerie nécessaire à la formation d’une structure fonctionnelle des télomères (Verdun et al., 2005) . La présence de structures télomériques secondaires de type G quadruplexes complique la progression de la fourche de réplication. Dans les cellules humaines, ces structures seraient éliminées par la protéine WRN, et son absence se traduirait par une perte des télomères issues de la synthèse discontinue (Crabbe et al., 2004).

Table des matières

INTRODUCTION
Synthèse bibliographique
Chapitre I. Télomères et généralités
Télomères: Généralités
II. Structure des télomères : ADN télomérique
1. ADN Télomérique
2. Réplication des télomères
3. Perte des télomères : hypothèse réplicative
4. Configuration des télomères
III. Facteur protéique des télomères
1. TRF1
2. Protéines interagissant avec TRF1
3. TRF2
4. Rap1
5. POT1
6. TPP1
7. Apollo
IV. Fonction des télomères
1. Protection du génome
2. Effet de position des télomères dans la transcription
3. Rôle des télomères comme horloge biologique
V. Sénescence et immortalisation cellulaire
1. Sénescence
2. Immortalisation cellulaire
Chapitre II. Maintien des télomères par la télomérase, la recombinaison et le Shelterin
I. La télomérase : le maintien des télomères et ses autres fonctions
1. Structure
2. Fonctions de la télomérase associées aux télomères
3. Fonctions télomérase non associée aux télomères
4. Régulation de l’activité télomérase
II. Maintien des télomères par la recombinaison
1. Généralités
2. Distribution des télomères dans les cellules ALT
3. APBs
4. La génétique de ALT et sa répression
5. Mécanismes moléculaires
6. Existe-t-il un ou plusieurs mécanismes ALT
III. TERRA : Nouvelle voie dans le maintien des télomères
IV. Maintien des télomères par le Shelterin
1. Contrôle de la taille par les éléments du Shelterin
2. Maintien de la stabilité des télomères
Chapitre III. Mécanismes de réparation
I. Différents systèmes de réparations des dommages de l’ADN
II. Les cassures double brins de l’ADN : production, signalisation et réparation
1. Nature des CDBs
2. Voies activées par les CDB
III. Réparation des cassures double brins (CDBs) par NHEJ
1. Description du NHEJ : Mécanismes moléculaires de la recombinaison non homologue :
2. Les voies alternatives du NHEJ
IV. Réparation de CDBs par la Recombinaison homologue
3. Les différents modèles de recombinaison homologue
4. Mécanismes moléculaires de la recombinaison homologue
Chapitre IV. Télomères et réparation
I. Interaction Télomères et protéines de la réparation
1. Télomères et signalisation des cassures doubles brins
2. Télomères et NHEJ
3. Télomeres et HR
4. Autres éléments de la réparation et télomères
II. Protection contre la réponse aux dommages de l’ADN au niveau des télomères
1. Réponse des dommages aux télomères déprotégés
2. Mécanismes de répression de la réponse aux dommages télomériques
3. Réponse à l’érosion télomérique
III. Réparation dans les séquences télomériques
1. Réparation des dommages télomériques
2. Conséquences sur la maintenance des télomères
CONCLUSION

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