Cours#2_2023 PDF - Génétique et Biologie Moléculaire 1

10/09/2023 GÉNÉTIQUE, BIOLOGIE MOLÉCULAIRE 1 Cours #2 : Lésions, Mesappariements, Mutations, Polymorphismes & Réparation de l’ADN Sébastien Bloyer Fabrice Confalonieri Licence 2 2023-2024 V1_20141118 Il FAUT être capable de faire la différence entre les termes suivants Lésions Mésappariements Muta...

10/09/2023 GÉNÉTIQUE, BIOLOGIE MOLÉCULAIRE 1 Cours #2 : Lésions, Mesappariements, Mutations, Polymorphismes & Réparation de l’ADN Sébastien Bloyer Fabrice Confalonieri Licence 2 2023-2024 V1_20141118 Il FAUT être capable de faire la différence entre les termes suivants Lésions Mésappariements Mutations Polymorphisme et notion de référence 1 10/09/2023 Commençons par les lésions Lés ion sp on tan ée e èn tag u M Lésions de l’ADN Nos cellules et notre ADN subissent constamment des dommages La nature des lésions à l’ADN est très variée - Perte et modifications de bases - Modification de la structure des nucléotides - Mésappariements - Ajout /délétion de quelques nucléotides - Pontage inter-brins - Cassures simple- et double-brins A plus grande échelle: Translocations de fragments d’ADN ou de chromosomes… 2 10/09/2023 Lésions spontanées du fait de la nature chimique des bases • Désamination (A =>hypoxanthine, C=>U) =>changement d'appariement si pas réparé C>T A>G Lésions spontanées du fait de la nature chimique des bases • Dépurination, (perte de la base, en général purine G ou A) => site abasique, si non réparé, la polymérase peut introduire n'importe quel nucléotide en face à la réplication 3 10/09/2023 Lésions induites sur l’ADN = MUTAGENES Mutagènes chimiques Agents modifiant les bases: • Acide nitreux =>Désamination des A et des C, appariements aberrants si pas réparés • Ethyl Methyl Sulfonate (EMS), Ethyl Ethyl Sulfonate (EES) =>Methylation ou Ethylation de G, qui s'apparie alors avec T si pas réparé • Gaz moutarde=> Alkylation des bases, appariements aberrants si pas réparés • Aflatoxines=>site abasique à la place d'un G (dans les noix ou graines moisies) Augmente la fréquence de certains évènements qui se produisent spontanément Réparation des bases endommagées 4 10/09/2023 Réparation par BER « Base Excision Repair » Dommage sur une base ADN glycosylases spécifiques du type de dommage Apurinic/apyrimidinic (AP) endonuclease Existe chez procaryotes et eucaryotes Lésions induites sur l’ADN = MUTAGENES Mutagènes physiques Rayonnement Ultra-violet: dimères de thymine, parfois de cytosine 5 10/09/2023 Réparation des bases endommagées Réparation par NER Mécanisme du « Nucleotide Excision Repair » Reconnaissance spécifique Dommages qui entraînent une distorsion, dimères de T Système UvrABC de E. coli Complexe de pré-excision Complexe d'excision Coupure -4/5, +8 (chez eucaryotes, excision de 28 nucléotides) uvrD= hélicase II 6 10/09/2023 Chez les eucaryotes NER déficient: Xeroderma pigmentosum Dommages multiples à l’ADN induits Mutagènes physiques Rayonnements X et gamma: "radiations ionisantes" • Très énergétiques, pénètrent profondément les tissus • Effets mutagènes indirects (80% des dommages): formation de radicaux libres qui peuvent altérer les bases de l'ADN. • Effets mutagènes directs: modifications de bases et des nucléotides, cassure des liaisons phosphodiester: cassure simple-brin, cassure double-brin. 7 10/09/2023 Réparation des cassures dans l’ADN Différents mécanismes spécifiques de chaque lésion: Vues au second semestre Parfois la polymérase III fait des erreurs, elle insère un mauvais nucléotide au cours de la synthèse Création d’un mésappariement (mismatch) 8 10/09/2023 Principales propriétés de l’ADN polymérase III bactérienne Une enzyme « multifonctionnelle » ADN Pol III Molécules par cellule 10 Activité polymérase 5’à3’ oui Vitesse de polymérisation 1000 nt.sec-1 50 nt Processivité Activité exonucléase 3’à5’ oui Un complexe « multienzymatique » a q e « core-enzyme » Pol III Fidélité de la réplication : la correction sur épreuve (proofreading) introduction d’un mauvais désoxynucléotide mésappariement pause de l’ADN polymérase changement de conformation de l’ADN pol III l’extrémité 3’ de la chaîne en élongation est transférée au site actif de la sous-unité e de l’ADN polymérase la sous-unité e clive la chaîne en élongation en amont du mésappariement changement de conformation de l’ADN pol III a q e DNA Pol III l’extrémité 3’ de la chaîne en élongation est re-transférée au site actif de la sous-unité a la polymérisation reprend 9 10/09/2023 Que se passe t-il si l’activité de relecture (proofreading) n’a pas pris le relais ? Réparation des mésappariements chez E. coli: mutS, mutL, mutH Chez les eucaryotes: systèmes similaires 10 10/09/2023 Mismatch repair Différents mécanismes spécifiques de chaque lésion: Fixation des mutations ponctuelles Lorsque la mutation est due à une forme rare qui viole les règles d'appariement, il faut deux réplications d'ADN pour que la mutation soit fixée. 11 10/09/2023 Dommages/lésions dus à des mutagènes "biologiques" Transposons classe I: rétrotransposons "copier-coller" Transposons classe II: transposons ADN "couper-coller" Dommages dus à des mutagènes "biologiques" Chez la drosophile, le transposon "élément P" envahit les populations naturelles et cause de nombreuses mutations par insertion 12 10/09/2023 Dommages dus à des mutagènes "biologiques" Retrotransposons dans le génome humain Alu Conclusions Il existe trois classes de dommages/lésions à l’ADN : • lésions spontanées • lésions induites (physique et chimique) • lésions dues à des mutagènes biologiques 13 10/09/2023 QU'EST-CE QU'UNE MUTATION? Modification de l’ADN affectant la séquence nucléotidique de référence, l’arrangement des gènes ou la quantité de matériel génétique. Attention faire la différence: - Soit la mutation est dite somatique (cellules des différents tissus constituants l’organisme hors cellules sexuelles). Cette mutation ne touche que l’organisme ou l’individu concerné. - Soit, elle touche un gamète ou une cellule qui le produit, alors la mutation peut être transmise à la descendance EST-CE QUE TOUTES LES LESIONS PRODUISENT DES MUTATIONS? Lés ion sp on tan ée e èn tag u M Lésions de l’ADN Sauf pour les mécanismes d’insertion /délétion Persistance du dommage Réparation Tolérance Mutation silencieuse Evolution Mutation Maladie (Cancer) 14 10/09/2023 Le polymorphisme et la notion de référence Nous ne sommes pas des clones ! • homme / femme : dimorphisme sexuel • Couleur des yeux, des cheveux, de la peau, ... • Grand, petit, ... 15 10/09/2023 Nous ne sommes pas des clones ! - Nos génomes respectifs contiennent des variations de séquences dans de nombreux gènes - Qui est la référence ? La séquence la plus répandue ou une prise au hasard qui servira de référence • Qu’entend t-on par un individu dit « sauvage » (« wild type ») ? Forme d'un organisme le plus représenté dans la nature. Lorsqu'il s'agit d'un gène présentant du polymorphisme, c'est la forme la plus répandue qui sert de référence. Conclusions - - Tous les dommages spontanés (désamination, dépurination) et induits par des mutagènes chimiques ou physiques créant des lésions au niveau des bases ou des nucléotides et également les mésappariements ne sont que des lésions qui ont pour but à être réparés et pas des mutations. Ces lésions doivent être réparées avant que la réplication ait lieu. Les mutations sont des modifications stables de la séquence nucléotidique de référence sur les deux brins de l’ADN. Les délétions / insertions par des mutagènes biologiques laissent très souvent des cicatrices. Ces lésions seront reconnues spécifiquement par des enzymes qui détermineront la voie de réparation (BER, NER, MMR). La logique de ces trois mécanismes est la même : reconnaissance du dommage, coupure du brin d’ADN de part et d‘autre de la lésion et élimination du brin, resynthèse par une ADN polymérase, ligation de l’ADN par une ligase. 16