Maintien de l'information génétique

Maintien de l'information génétique

• Ce sujet concerne le maintien des chromosomes et les mutations de l'ADN et les mécanismes de réparation.

Nombres de Chromosomes

• L'aneuploïdie se définit comme 2n ± x chromosomes.
• La monosomie est de 2n - 1 chromosome.
• La disomie est de 2n chromosomes.
• La trisomie est de 2n + 1 chromosomes.
• La tétrasomie et la pentasomie sont respectivement de 2n + 2 et 2n + 3 chromosomes.
• L'euploïdie est un multiple de n chromosomes.
• La diploïdie est de 2n chromosomes.
• La polyploïdie est de 3n, 4n, or 5n chromosomes.
• La triploïdie est de 3n chromosomes.
• La tétraploïdie et la pentaploïdie sont respectivement 4n et 5n chromosomes.
• L'euploïdie se définit comme l'intégrité complète des chromosomes.
• L'aneuploïdie se définit comme un organisme qui gagne ou perd un ou plusieurs chromosomes sans que l'ensemble soit complet.
• La trisomie 21, le syndrome de Klinefelter (47,XXY), et le syndrome de Turner (45,X) sont des exemples d'anormalies du nombre de chromosomes.
• La non-disjonction survient lors des première et deuxième divisions méiotiques. Après la fécondation par un gamète haploïde normal, des zygotes monosomiques, disomiques (normaux) ou trisomiques sont produits.
• La non-disjonction est une erreur aléatoire qui se produit lors de la formation des gamètes, où les homologues appariés ne parviennent pas à se séparer pendant la ségrégation, perturbant ainsi la distribution normale des chromosomes dans les gamètes.

Composition et arrangement des Chromosomes

• Les aberrations incluent des modifications qui suppriment, ajoutent ou réorganisent des parties substantielles d'un ou plusieurs chromosomes.
• Une délétion est la perte d'une partie du chromosome.
• Une duplication est caractérisée par la répétition d'une partie du chromosome.
• Une inversion est une portion qui a été inversée.
• Une translocation non réciproque se défini quand une partie d'un chromosome est ajoutée à un autre.
• Une translocation réciproque intervient un échange de parties entre deux chromosomes.
• Ces changements n'induisent pas une perte d'information génétique mais risque de créer des problèmes avec la fécondation, ou induire une fausse couche ou la stérilité.

Mutations au niveau des gènes

• Les mutations comprennent tout changement dans la séquence des paires de bases de l'ADN.
• Ils constituent une source de variations génétiques, de dommages cellulaires, des maladies et des cancers.
• Les mutations ont un éventail d'effets sur les organismes, selon le type d'altération de la paire de bases, de l'emplacement de la mutation dans le chromosome et de la fonction du produit génique affecté.
• Les mutations peuvent arriver spontanément ou être induites par des facteurs externes comme des produits chimiques ou des radiations.
• Les mutations monogéniques provoquent une grande variété de maladies humaines.
• Les organismes utilisent une variété de mécanismes de réparation de l'ADN tels que la relecture, la correction des erreurs de réplication, l'excision de base et la réparation par recombinaison homologue.
• Les mutations dans les gènes qui contrôlent la réparation de l'ADN provoquent une hypermutabilité du génome, des maladies de réparation de l'ADN chez l'homme et des cancers.
• Des éléments transposables peuvent insérer et supprimer, provoquant des cassures chromosomiques et des mutations dans les régions codantes et régulatrices.

Classification des mutations

• Une mutation ponctuelle se défini par le changement d'une base.
• Une mutation silencieuse ou est est non exprimée car elle ne change pas l'acide aminé.
• Les mutations faux-sens altérent l'acide aminé.
• Les mutations non-sens introduisent un codon stop.
• Dans les mutations avec perte du cadre de lecture, une perte ou un ajout de bases peuvent conduire à une perte du cadre de lecture (frameshift; fs).
• Les mutations à perte de fonction fonctionnent mal ou pas du tout, et sont généralement récessives.
• Les mutations à gain de fonction provoquent un fonctionnement accru et sont généralement dominantes.
• Une mutation somatique survient dans les cellules somatiques.
• Une mutation germinale ou héréditaire se produit dans les cellules germinales.
• Une mutation liée au chromosome X ou Y est trouvée sur ces chromosomes.

Mutations pendant la réplication

• L'ADN polymérase corrige la plupart des erreurs de réplication en utilisant sa capacité d'exonucléase.
• L'insertion incorrecte de nucléotides peut persister après la réplication. Si les erreurs restent non détectées et non réparées, cela peut conduire à des mutations.
• Les erreurs de réplication causées par un mauvais appariement entraînent principalement des mutations ponctuelles. La capacité des bases à exister sous plusieurs formes, appelées tautomères, augmente les risques d'appariement incorrect lors de la réplication de l'ADN.
• L'exposition à des mutagènes accroît le risque d'erreurs spontanées.

Tautomères

• Les purines et les pyrimidines peuvent exister sous des formes tautomères (formes chimiques qui ne diffèrent que par un seul déplacement de proton dans la molécule).
• Les formes tautomères importantes sur le plan biologique sont les formes céto-énol de la thymine et de la guanine ainsi que les formes amino-imino de la cytosine et de l'adénine.
• Ces décalages permettent la liaison hydrogène avec des bases non complémentaires, ce qui peut entraîner des modifications et des mutations permanentes des paires de bases.
• Une erreur survient dans 1 sur 105 bases, causée par une forme tautomère.

Transmission

• Les mutations ne sont pas fixées avant le cycle de réplication suivant (lorsque le brin qui contient la mutation est utilisé comme matrice !).
• Si une erreur de réplication ou une modification de l'ADN se produit, elle peut être corrigée avant la réplication de l'ADN. Toutefois, si une mutation échappe aux mécanismes de réparation et que l'ADN polymérase utilise le brin muté comme matrice lors du cycle de réplication suivant, la mutation deviendra permanente (sera "fixée").
• Aussi longtemps qu'une cellule ne réplique pas l'ADN qui contient une mutation, cette mutation restera potentiellement réversible. Une fois copiée dans un nouveau brin d'ADN sans correction, elle est héréditaire dans toutes les cellules descendantes.

Mauvais appariement du brin glissé

• Un processus de mutation qui implique la dénaturation et le déplacement des brins d'ADN, résultant en un appariement incorrect des bases complémentaires pendant la réplication.
• L'appariement incorrect du brin glissé fournit une explication pour l'origine et l'évolution des séquences d'ADN comme la répétition de trinucléotides.

Mutation par recombinaison homologue

• Un exemple d'un change réciproque est un gène sur des chromosomes différents.
• Les parties répétées du génome (de type Alu) pourraient s'apparier et échanger du matériel. Une perte d'un exon peut se produire ou une partie de l'information génétique peut être échangée.
• La recombinaison homologue ne se présente généralement pas dans les cellules somatiques.
• Dans les cellules somatiques, la recombinaison homologue (HR) est un événement rare causé par la cassure double brin de l'ADN (double-strand breaks : DSB).
• Les régions répétitives sont sujettes au DSB pendant la réplication du génome et promouvoient HR.

Mutation par conversion génique

• Un exemple d'échange non réciproque est l'échange peut se faire entre une paire de séquence non allélique ou entre une paire de séquence interalléliques.
• La conversion de gène non allélique (interlocus) en trans est un événement qui survient entre des séquences paralogues qui résident sur des chromatides sœurs ou sur des chromosomes homologues.
• La conversion de gène non allélique en cis se produit entre des copies de gènes non alléliques résidant sur le même chromosome.
• Une conversion de gène interallélique se produit entre des allèles.

Mutation par éléments mobiles (transposons)

• Il existe des éléments qui peuvent bouger au sein du génome
• Environ 50 % du génome humain sont des transposons comme les LINEs et SINEs. La pluspart de ceuxci sont inactifs mais leur mobilité peut causer des mutations
• L'action de LINE1 et des SINEs prédominent dans les cellules germinales et au début du développement.

Transposons chez les mammifères type II

• Les transposons de classe II ou les transposons d'ADN représentent environ 3 % du génome humain et se déplacent généralement au moyen d'un mécanisme de "couper-coller". Actuellement, il n'existe aucun transposon d'ADN actif identifié chez les mammifères.

Rétrotransposons chez les mammifères type I

• Les éléments de classe I englobent trois catégories, qui se déplacent par un mécanisme de "copier-coller" impliquant la transcription inverse d'un ARN intermédiaire ainsi que l'insertion d'une copie d'ADNc en un nouvel emplacement dans le génome.
• Les rétrotransposons, qui contiennent de nombreuses activités nécessaires à leur mobilité, bien que pas toutes, sont dits autonomes. Ce sont des rétrovirus endogènes (ERV) et des LINE. LINE1 est le seul LINE dont on sait qu'il est activement mobile dans les espèces euthériennes.
• Les éléments non autonomes, tels que les Alu, dépendent de LINE1 pour leur mobilité. Les pseudogènes concernés sont des ARNm épissés qui sont copiés et insérés dans le génome par les LINE1.

Mutagenèse par rétrotransposition

• Un transcrit d'ARN est transcrit en ADN, ce qui permettra d'insérer la transcription dans le génome.

Mutagenèse par agents chimiques ou physiques

• Le traitement par des agents mutagènes spécifiques, des analogues de base ou agents physiques comme les rayons ultraviolets (UV) peut induire :
• Des mauvais appariements.
• La désamination.
• La dépurination.
• La formation de dimères de pyrimidine (thymines ou cytosines).

Dépurination et désamination

• La dépurination se produit suite à la rupture de la liaison β-N-glycosidique (ions H+) et entraîne la perte d'environ 5 000 purines par jour dans une cellule humaine.
• La désamination provoque la conversion de C en U et de 5mC en T, entraînant la désamination d'environ 100 bases quotidiennement au sein d'une cellule humaine.

Désamination non réparée d'une cytosine

• La désamination de la cytosine conduit à un nouvel appariement et aux mutations des bases, convertissant la cytosine en uracile, qui s'apparie à l'adénine.

Dépurination non réparée

• Les bases non homologues sont insérées au hasard.
• La réplication ne peut plus être complétée correctement.
• Après une dépurination, la liaison β-N-glycosidique entre une adénine ou une guanine et le désoxyribose se rompt.
• La dépyrimidination des résidus de cytosine et de thymidine se produit à un rythme plus lent.
• Ces pertes de bases étant généralement corrigées par la réparation par excision de base, il est rare qu'une dépurination ou une dépyrimidination entraîne une mutation.

Exposition à des analogues de bases

• Au cours de la synthèse des acides nucléiques, les molécules chimiques peuvent se substituer aux purines ou aux pyrimidines.
• Agissant comme un analogue de la thymine qui est halogéné en position 5 sur le cycle pyrimidine, le 5-bromouracile (5-BU) favorise les déplacements tautomériques. La transition A::T vers G:::C peut alors se produire. La présence de 5-BU sensibilise l'ADN aux rayons UV.
• L'adénine peut être imitée par la 2-aminopurine (2-AP). Cette dernière s'apparie à la fois à la thymine et à la cytosine, ce qui peut entraîner le remplacement de A::T par G:::C après la réplication.

Autres agents chimiques

• Acide nitreux: transition AT --> GC par déamination des bases A-> C.
• L'hypoxanthine qui s'apparie avec C C->A
• L'uracile qui s'apparie avec A
• La xanthine qui s'apparie avec C (pas d'effet)
• T n'a pas de -NH2 donc pas d'effet de l'acide nitreux.
• Espèces reáctives de l'oxygéne (Reactive Oxygen Species / ROS) : le H2O2 (ex: base adduct: oxyguanosine) G →A (changement G:C vers T: A)
• Les adduits volumineux (Bulky adducts): exemple, le cisplatine (antitumeur) qui se lie à l'ADN, forme des adduits volumineux induisant des mutations.

Autres Agents Physique: UV

• Un effet majeur du rayonnement UV sur l'ADN est la formation de dimères de pyrimidine, composés de deux pyrimidines identiques, notamment deux résidus de thymine identiques.
• Les dimères faussent la forme de l'ADN et inhibent la réplication normale induisant des erreurs dans la séquence lors de la réplication.

Mécanismes de réparation

• Une réparation a lieu pendant la réplication (mésappariement).
• Correction directe et spécific:
  • Photolyase (système phrA/phrB) pour (TT)
• Les étapes:
• Réparation par excision de la Base BER au moyen de la déamination, dépurination, adduct de base, rupture simple brin
• Réparation par excision de nucléotides NER
• Réparation mismatch
• Réparation de mutation homologue par recombinaison (déstabilisation de la double hélice: ex liaison covalente entre les brins complémentaires).
• Réparation de cassure de doubles brins par recombinaison homologue
• Réparation de cassures de doubles brins par fusion (NHEJ)

Réparation pendant la réplication (mismatch)

• L'activité de correction des polymérases d'ADN : Les ADN polymérases cellulaires sont souvent très fidèles et capables de corriger leurs propres erreurs (relecture).
• Elles sont en mesure de vérifier la base précédente avant d'incorporer un nouveau nucléotide. Si la base précédente est mal appariée, cette dernière sera supprimée par l'action de l'exonucléase 3' -> 5' (≠ 5'-> 3' !).
• Taux d'erreur : 1 / 106 à 1 / 1010 paire de bases par réplication.

Correction directe post-réplication (photoréactivation)

• La correction des dimères de thymine (cytosine), un mécanisme important pour les bactéries, est absente chez l'homme
• Le processus se sert de l'activité d'une protéine appelée enzyme de photoréactivation.
• L'action de l'enzyme consiste à rompre les liaisons entre les dimères de thymine, ce qui inverse directement l'effet des rayons UV sur l'ADN.

Bases excision repair

• Une réparation par chaque type de mismatch.
• Une glycosylase spécifique élimine la base endommagée ou inappropriée.
• Une endonucléase entaille le squelette sucre-phosphate : endonucléase AP
• Une ADN polymérase incorpore une base correcte (parfois ajoute une seule base, parfois six sont ajoutées)
• Une ligase adn scelle le quelque sucre-phosphate.
• La réparation est utilisé pour réparer la cytosine et autres désaminations, la dépurination, ajout de base, la simple de brin.
• L'uracile l'est reconnu comme une base non complémentaire, excisé et remplacé par la base complémentaire (C).

Nucleotide excision repair

• Une endonucléase d'excision entaille le brin endommagé par les UV et certains types d'éléments chimiques.
• La base illégitime va exciser la lésion.
• Une polymérase ADN insère la section manquante, et une ADN ligase scelle.
• Cet mécanisme de réparation est utilisé pour les dimères de pyrimidine et bulk adducts.

Défaut dans NER chez l'homme

• Le Xeroderma pigmentosum est une maladie récessive autosomique rare,
• Elle est caractérisée par un défaut de la réparation par excision NER et des tumcurs fréquentes.
• Elle est causée par des mutations "perte-de-fonction" dans les gènes codant pour les protéines de réparation.
• Les patiens sont trés sensibles aux rayons UV et ils ont unt aux des cancer 2000 fois élevé, notamment les cancer de la peau

Mismatch Repair (MMR)

• La réparation des mésappariements s'opère après la réplication peut être activé et permet de corriger les erreurs (mauvais appariements, petites insertions,suppressions).
• Pendant la MMR, les mésappariements sont détectés, le nucleotide incorrect et suprimmé et replacer par un nuncléotide corecte.
• La discrimination des différents brins qui permet au système de réparation de reconnaître quel nucléotide est correct et quel nucléotide est incorrect est une étape critique.
• Une perte de MMR entraîne un phénotype mutateur, qui provoque une prédisposition au cancer.

Mismatch Repair (MMR) chez les bactéries

• Chez les bactéries gram negatif la methylation est transitoire permet de différencier entre les 2 brins l'hémi est et lfille.
• Cepandent chez d'autres eucaryotes pro. le mécanisme est pas claire.
• L'ADN du brinttardif contient transitoirement des entailles qui dirigents les systemès de relecture.

Mismatch Repair (MMR) mécanismes

• La machinerie va lire régione affectee et proteger les proteins
• les mésparrierements chminquement sont modifées par les proteins MSH2 et MSHE est mediée par la protéines MSH2 et MSH6 qui forme en complexe MutSa.
• La reparation se fair au niveau du zone corriges.

Mismatch Repair (MMR) and colorectal cancer

• Le cancer du cólon hereditaire sans polypose(HNPCC)une réparation des mésapariement de ADN(MMR)définiente.
• Les gènes MMr humains en identitfies qui progoquent sont muté dans la liqnée germinale provoque
• A CE Jours plus des mutations plus connus sont conues afectant les gênes.
• le plus lesindividus portent prédisposés aux gene d'un MR,
• Le nombre de cancer de la peau,du coloré,de utérus, du cancer de la peau est elve

La Recombinaison homologue

• La recombinaison est une récombinaison génétique entre deux séquences situées sur molecule ADN différentes ou distantes.
• la recombinaison permet réparer précisément les cassures ,cassures doubles brin dans un processus de recombinaison homologue.

Réparation d'une cassure double brin par recombinaison homologue

• La jonction d'ADN endommagé et non homologue est répairé par homologue recombinaison et permet de faire la continuité.

La recombinaison homologue source de variations

• Dans la plupart des cellules, la HR rare cause un cassure double brin d'ADN (CDB) et souvent conduit à des mutations dangereuses dans le code génétique de cellule.
• en revanche, les cellules germinales montrent les récombinations qui créent le variation génétique et la recombinaison homologue.

IntermediatesRéparation de cassures de doubles brins par Non-Homologous End Joining (NHEJ

• réparation est possible grâce à l'intervention de la protéine Ku ,
• Ce processus va interagi qui Va intergrer avec les 2 extrémistes llese. Les protéines de de l'adn vont ensuite agir
• Cette action permet tente à de la transitoire entre l'ensemble des 2.
• La joncontion d'extrémité homologue ( non-homologue end joinnig au NHÉJest de reparation le reparation de ADN qui permettent de répares cassure double brin (CDB).

Réparations principales

• DNA replication-damage,
• SSDB breaks
• Base Mismatch
• insert deletion