Réplication de l'ADN : Un Guide Complet PDF

2- La Transmission du message génétique - La réplication Introduction : preuve expérimentale de la réplication semi- conservative de l'ADN => 3 hypothèses A. La réplication chez les procaryotes Expérience de Meselson-Stahl -> Principe : culture de bactéries pendant plusieurs cycles en modifiant le...

2- La Transmission du message génétique - La réplication Introduction : preuve expérimentale de la réplication semi- conservative de l'ADN => 3 hypothèses A. La réplication chez les procaryotes Expérience de Meselson-Stahl -> Principe : culture de bactéries pendant plusieurs cycles en modifiant le milieu de culture : avec azote lourd (15N) ou azote léger (14N) -> Principe et résultats : 1. des bactéries sont cultivées pendant plusieurs cycles dans un milieu avec azote lourd (15N) 2. Transfert dans un milieu contenant de l'azote léger (14N) 3. Pendant la culture on prélève des échantillons dont on extrait l’ADN que l’on caractérise par centrifugation  Hypothèse Résultats attendus Réplication semi-conservative Les 3 étapes de la réplication 1. L’initiation : nécessite la reconnaissance de séquence ADN particulière ou doit débuter la réplication 2. L’élongation : copie des brins d’ADN parentaux 3. La terminaison : fin de la réplication quand l’ensemble du génome a été copié Image en microscopie électronique du chromosome bactérien en cours de réplication Cairn et al, 1962 1 seule origine de la réplication = OriC réplication bidirectionnelle rapide qlq dizaines de minutes terminaison séparation 1- L'initiation de la réplication chez les procaryotes Locus : OriC = origine de réplication du chromosome bactérien 4 séquences de 9pb située à proximité de 3 séquences de 13pb riches en A-T répétée en tandem Séquences CONSENSUS Séquence consensus Alignement de séquences pour diff espèces bactériennes (ex : OriC) Séquence CONSENSUS : Conservation des bases (A, T, C ou G) dans ces séquences : fonction spécifiques : fixation de pz spécifiques -> Initiation de la réplication 2- L'élongation de la réplication chez les procaryotes Rôle de ADN polymérases Elongation  la synthèse proprement dite de l’ADN lors de la progression des fourches de réplication effectuée par des ADN polymérases (ADN pol, DNA pol) 2 ADN polymérases interviennent dans la réplication chez E. coli : - ADN pol I - ADN pol III Il existe chez E. coli une 3ieme pz ADN polymérases ADN dépendante pour que la synthèse d'ADN soit possible il faut matrice amorces 4 dNTP Mg2+ a. Les ADN polymérases b. Les étapes de la réplication chez E.Coli à la fourche de réplication 1. ouverture ADN 2. primase = ARN pol : synthèse d'une amorce ARN d'environ 10 nucléotides 3. elongation de l'amorce par ADN pol III La synthèse du brin précoce est continue et suit l'ouverture de l'ADN DnaB, Gyrase, SSB) 4. Poursuite synthèse brin précoce continu Synthèse du brin secondaire ou tardif : Amorce ARN mise en place (primase) et Elongation de l’amorce par ADN pol III 5. Brin précoce : poursuite ouverture ADN et synthèse Brin tardif 2eme amorce ARN mise en place par la primase puis élongée par ADN pol  III : synthèse discontinue : génération de fragments = fragments d'Okazaki (1000- 2000 nuc) c. La résolution des fragments d'Okasaki Pendant que la réplication se poursuit (progression de la fourche) Dégradation de la première amorce ARN synthétisée sur le brin tardif (fragment 1) Synthèse d’ADN à la place par la ADN pol I : 2 activités de cette enzymes sont utilisées ici : Exonucléasique 5’-3’ : dégradation de l’ARN à partir de son extrémité 5’P libre polymérasique 5’- 3’ : en prenant pour amorce l’extrémité 3’OH libre du 2ème fragment d’Okazaki ; synthèse d’ADN Intervention d’une ligase qui lie ensemble les 2 fragments en reconstituant une liaison 5’-3’ phosphodiester d. Remplacement de l'amorce ARN du brin précoce synthèse continue Image Explications Le 3’OH du premier fragment d’Okazaki de la fourche 1 sert d’amorce pour l’ADN pol I et le remplacement de l'amorce ARN du brin précoce de la fourche 2 et inversement NB : Pour faciliter la compréhension les amorces ARN ont été laissé en place sur les fragments d'Okasaki e. Les 2 fourches de réplication chez E.Coli f. Fonctionnement de l'ADN polymérase III Holoenzyme de l’ADN polymérase III = dimère La même molécule dimérique de l’ADN polymérase III assure à la fois la synthèse du brin précoce et celle du brin tardif B. Particularité de la réplication chez les euczaryotes 3- Terminaison 4- Erreurs et corrections lors de la réplication La survie dépend de la fidélité de la duplication du génolme ADN pol III : activité polymérasique 5'-3' : Taux d'erreur 1/10E5 a. Activité d'édiction des ADN polymérases elle corrige certaines de ses erreurs grâce à son activité "proofreading" ou fonction d'édition ADN pol I et III : fait chuter son taux d'erreur à 1/10E7 Activité exonucléasique 3' vers 5' Puis resynthèse (activité polymérasique 5' - 3') Le taux d'erreur final de la réplication d'E.Coli est 1 erreur les 10E8 à 10E10 bases = erreur/génome pour +/6 1000 cycles de réplication génome 4.10E6 bases Car mécanismes de correction des mésappariement Mislatch repair intervenant après la réplication b. réparation des mésappariements correction de mésappariements après la réplication insecte, détecter et corriger rapidement les mésappariements remplacement du nucléotide mal appariés du brin néosynthétisé pas du brin parental répare protéines implquées : 3 pz Mut S Mut H Mut L DNA pol I dégradation : activité exonucléasiqeue 5'-3' Synthèse : activité polymérasique 5'-3' Ligase : ligation des fragements Inspecte et detecte les mésapparimetns en raison de la déformation du squelette B. Particularité de la réplication chez les eucaryotes Les chromosomes sont des grande taille : la réplication débute en plusieurs sites 1- L'initiation de la réplication chez les eucaryotes Pré activation des ori = "Licensing" Formation du pré-RC pré-Réplication Complex Orc, cdc6, cdt1, MCM Activation des ori = "firing" Lors de la transition G1/S : activation du Pré-RC Recrutement de nbx pz : Pré-1C (pré-initiation Complex) Ouverture double brin d'ADN et recrutement des facteurs de la réplication RFC, RPA, PCNA et polymérase 2- Les acteurs de la réplication chez les eucaryotes Les 5 ADN polymérases principales chez les eucaryotes ADN Pol a/primase , ADN Pol d et ADN Pol e impliquées dans la réplication de l’ADN nucléaire ADN Pol g impliquées dans la réplication de l’ADN mitochondrial ADN Pol b impliquée dans les mécanismes de réparation 3- Le déroulement de l'hélice est très complexe Pb sur le brin tardif : dernier fragment dOkasaki après dégradation de l'amorce : aucune synthèse possible : raccourcissement à chaque division Pas de synthèse d’ADN possible : raccourcissement des extrémités Extrémité = télomères : séquences répétées : raccourcissement sans impacte Télomérase : ADN polymérase ADN indépendante (pas besoin de matrice) Allonge les extrémités :compense le raccourcissement 4- Le problème des télomères Le gène TERT codant pour la télomérase est réprimé dans la plupart des cellules humaines. D’où une érosion des chromosomes à chaque génération (cause proposée pour la sénescence cellulaire). Ce raccourcissement n’existe pas dans les cellules germinales, ni dans les cellules cancéreuses qui expriment la télomérase (télomères centaines de répétitions de TTAGGG) Ceci permettra lors de la fusion des gamètes de générer une cellule possédant des télomère Ceci contribue à l'immlortalité des cell cancéreuses 5- Réparation des erreurs Il existe chez les eucaryotes des protéines qui catalysent les mécanismes de correction des erreurs comme chez la bactérie. Importantes homologies de séquences avec les protéines bactériennes, mais les mécanismes eux-mêmes présentent certaines différences importantes Equivalent de MutS = protéines MSH Equivalent de MutL : MLH et PMS Absence de MutH et du système de méthylation permettant de détecter le brin fils néosynthètisé Dommage de l'ADN en dehors de la réplication ADN des cellules peut être endommagé (accident, agression : UV, pesticides…). Mécanisme de réparation des dommages existent chez tous les organismes (Plus complexe chez les Eucaryotes) 1/ disfonctionnement de ces mécanismes peut être à l’origine de pathologies : Maladie génétique récessive chez l’homme Xeroderma pigmentosum hypersensibilité aux UV déficience dans ce système de réparation -> forte incidence de cancers de la peau. 2/ Mise au point de molécules visant à endommager l’ADN et empêcher la cellule de réparer son ADN : base de la plus part des chimiothérapies