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Lorsque l'ADN est sous sa forme non condensée, que peut-il faire ?

Lorsque l'ADN est sous sa forme non condensée, que peut-il faire ?



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Je pense qu'il peut faire deux choses :

  • La cellule peut dupliquer le génome pendant la phase S.
  • La cellule peut être en train de transcrire l'ADN en ARNm.

Question : Les deux activités peuvent-elles se dérouler en même temps ou l'une après l'autre ? En d'autres termes, les cellules sont-elles des multi-tâches efficaces ?


Au moins dans les bactéries, ils le peuvent. Dans des conditions optimales, E. coli se divise environ une fois toutes les 20-30 minutes. Ce qui est plus important, le temps de réplication de son génome est d'environ 40-50 minutes. Cela signifie que, en phase exponentielle, E. coli a au moins deux bulles de réplication actives. Puisque la densité des ribosomes doit être plus ou moins constante, ainsi que les nouvelles cellules doivent synthétiser le peptidoglycane et d'autres composants cellulaires, cela signifie que la réplication et la transcription se produisent simultanément. Sinon, les ribosomes, les enzymes, les ARNt et les ARNm seraient dilués dans chaque événement de réplication.

En eukarya, je ne vois aucune raison pour laquelle cela ne devrait pas être possible. La formation de chromatine n'est pas un événement aléatoire et certaines protéines spécifiques sont nécessaires pendant de courtes périodes au cours de certaines étapes de la mitose, il est donc logique de supposer que certaines parties spécifiques ne sont pas compactées ou que l'activité transcriptionnelle peut se produire même dans la chromatine.

La région spécifique qui se duplique dans un temps donné sera probablement incapable de se transcrire, car le complexe de polymérase est assez gros et ils ont besoin d'ouvrir la double hélice, et ainsi de suite. Mais c'est en quelque sorte comme des enfants qui jouent dans les voies ferrées. Une fois le train approché, les enfants restent à l'écart, et ils reprennent quand le train est parti.


L'ADN s'est-il condensé en g2 ?

Double brin ADN boucle autour de 8 histones deux fois, formant le nucléosome, qui est la pierre angulaire de l'emballage de la chromatine. ADN peut être emballé davantage en formant des bobines de nucléosomes, appelées fibres de chromatine. Ces fibres sont condensé en chromosomes au cours de la mitose, ou le processus de division cellulaire.

comment s'appelle l'ADN condensé ? ADN Structure. Avant de discuter de la mitose, passons en revue la structure de ADN. Les chromosomes sont conditionnés par les protéines histones dans un condensé structure appelé chromatine. Les deux chromosomes identiques qui résultent de ADN réplication sont appelées chromatides sœurs.

On peut également se demander quelle partie du cycle cellulaire l'ADN est-il condensé ?

Pendant l'interphase (1), la chromatine est dans sa moindre condensé état et apparaît vaguement distribué dans tout le noyau. Chromatine condensation commence pendant la prophase (2) et les chromosomes deviennent visibles. Les chromosomes restent condensé tout au long des différents stades de la mitose (2-5).

Quelle est la phase g2 du cycle cellulaire ?

g2 phase, ou Écart 2 phase, est la troisième sous-phase d'interphase dans le cycle cellulaire précédant directement la mitose. Il fait suite à la réussite de S phase, au cours de laquelle le cellules L'ADN est répliqué. g2 phase est une période de rapide cellule la croissance et la synthèse des protéines au cours de laquelle la cellule se prépare à la mitose.


Formes d'ADN

L'ADN (matériel héréditaire de la cellule) est constitué d'une longue chaîne polynucléotidique et montre une diversité structurelle en modifiant sa configuration structurelle, en fonction de divers facteurs tels que :

  • Le niveau d'hydratation
  • Concentration de sel
  • séquence d'ADN
  • Quantité et sens de superenroulement
  • Présence de bases modifiées
  • Présence d'ions métalliques, polyamines dans la solution

Formes courantes

Parmi six formes différentes d'ADN, les formes B, A et Z sont les plus courantes :

Forme B

C'est la forme la plus courante d'ADN, qui existe sous forme de droitier ADN en double hélice. Il a été lancé par Watson et Crick. La structure de l'ADN-B se forme dans des conditions physiologiques normales telles que 92% d'humidité relative et une faible force ionique.

Sur la base des études de diffraction des rayons X, l'ADN-B représente une conformation moyenne de l'ADN. La majorité de la cellule comprend un type d'ADN-B et l'enroulement de la forme B se fait selon un modèle droitier.

Les bases nucléotidiques occupent la coeur, alors que l'os sucre-phosphate occupe la région périphérique de l'hélice d'ADN. Dans le solvant, les bases présentes au bords de la forme B est exposé. La largeur de chaque paire de bases est similaire dans les deux chaînes polynucléotidiques de l'ADN.

Le diamètre de l'hélice de forme B est 20Å, et un seul tour en forme B comprend 10 paires de bases (perpendiculaire à l'axe hélicoïdal). Les bases présentent un appariement de bases complémentaire tel que A=T et G=C. Il y a un enroulement plétonémique dans la forme B, où les deux brins s'enroulent dans la même hélice.

La structure en forme de B est « asymétrique », car les rainures majeures et mineures sont présentes alternativement. Les rainures principales et secondaires sont respectivement plus larges et étroites. Dans un type B, le pli de sucre est à « C2” endoforme.

La largeur et la profondeur des rainures principales de type B sont 12Å et 8.5Å, respectivement. À l'opposé, la largeur et la profondeur des rainures mineures de type B sont et 7.5Å, respectivement.

Une forme

C'est la deuxième forme d'ADN la plus courante, également appelée ADN-A. Il a l'ADN de sens hélicoïdal droit. La structure de l'ADN-A se forme dans des conditions physiologiques normales telles que 75 % d'humidité relative et la présence d'ions sodium, potassium et césium.

L'enroulement de l'ADN-A se fait à droite. Il est métastable, c'est-à-dire qu'il se transforme facilement en forme de D. Les bases nucléotidiques sont déplacées loin du noyau et se trouvent plus près du sillon principal.

La conformation des bases en forme A donne lieu à la en forme de ruban structure avec un noyau cylindrique ouvert. L'ADN-A est considéré comme plus stable en raison d'un groupe -OH supplémentaire. La largeur de chaque paire de bases est similaire dans les deux chaînes polynucléotidiques de l'ADN avec un diamètre de 23Å.

Dans la forme A, l'inclinaison de la paire de bases est plus élevée que la forme B. Un seul tour en forme B comprend 11 paires de bases (perpendiculaire à l'axe hélicoïdal). Dans la forme A également, les deux brins sont antiparallèles ou ont un enroulement plétonémique.

Dans la forme A, le sillon principal devient plus étroit et plus profond, tandis que le sillon mineur devient plus large et aplati. Le sucre plissé ou anneau désoxyribose est présent à C3 endoconformation. La largeur de la rainure principale de type B est 2.7Å, tandis que la largeur de la rainure mineure de type A est 11.0Å.

Forme Z

C'est une autre forme d'ADN, qui diffère à la fois de l'ADN-B et de l'ADN-A. Il existe comme gaucher ADN en double hélice. Cette structure se forme sous une très forte concentration en sel. Certaines des cellules comprennent le type d'ADN-Z, et il a été introduit pour la première fois par les trois scientifiques Riche, Nordim et Wang en 1984.

L'enroulement de la forme en Z se fait à gauche et zigzag modèle. La conformation de l'ADN-Z est longue et mince par rapport à l'ADN-B. Il montre une configuration structurelle asymétrique, qui donne naissance à la structure hélicoïdale en zigzag sans espace interne.

L'ADN-Z se forme par étirement alterné de bases purines et pyrimidines. Le diamètre de l'hélice en forme de Z est 18Å, et l'inclinaison de la paire de bases est 7 jours, qui est inférieur aux formes B et A. Un seul tour en forme B comprend 12 paires de bases, qui sont perpendiculaires à l'axe de l'hélice.

Dans la forme Z également, il y a un enroulement plectonémique en zigzag. Il possède des brins antiparallèles comme l'ADN-B. Dans le type Z, l'anneau de sucre ou de désoxyribose est présent au niveau du "C3» endoforme pour les bases puriques et le « C2” endoforme pour les bases pyrimidiques. La largeur de la rainure principale de type Z est , tandis que la largeur de la rainure mineure de type Z est 8.8Å.

Autres formes

Outre les formes d'ADN A, B et Z, peu d'autres types se produisent rarement :

Forme C

L'ADN-C se trouve en quantité minimale et sa configuration existe à 66% d'humidité relative avec une faible force ionique. L'hélice de l'ADN-C est tordue à droite avec un pas d'hélice de 30.97Å. Cela consiste en 9,33 paires de bases par tour.

Les deux brins d'ADN-C sont antiparallèles, contrairement à l'ADN-Z. L'ADN-C a un diamètre d'hélice de 19,0. La rotation par paire de bases est 38.6 degrés, avec une inclinaison de la paire de bases de 7.8 degrés. La taille et la forme de l'ADN-C sont plus petites que celles de l'ADN-B et de l'ADN-A.

Forme D

Dans la cellule, l'ADN-D se trouve très rarement. L'hélice de l'ADN-D est tordue à droite et appelée forme poly (dA-dT) et poly (dG-dC). La forme D se compose de 8 paires de bases par tour, qui sont déplacés vers l'arrière par rapport à l'hélice d'ADN. Les deux brins d'ADN-D sont antiparallèles l'un par rapport à l'autre. L'inclinaison de la paire de bases de l'ADN-D montre une inclinaison négative de -16.7 degrés avec une élévation axiale de 3.03Å par paire de bases.

Formulaire électronique

Dans la cellule, l'E-ADN se trouve très rarement et s'étant étendu ou ADN excentrique. L'hélice de l'E-ADN est longue et les bases sont perpendiculaires à l'axe de l'hélice. L'E-ADN se compose du grand axe profond et du petit axe peu profond. Après l'étude cristallographique aux rayons X, l'E-ADN est trouvé intermédiaire entre l'ADN-B et l'ADN-A.

PropriétésADN-AADN-BADN-ZADN-CADN-DADN électronique
sens hélicoïdalEnroulement à droiteEnroulement à droiteEnroulement à gaucheEnroulement à droiteEnroulement à droite-
Conditions d'occurrence75% d'humidité relative avec la présence d'ions comme le sodium, le potassium, le césium.92 % d'humidité relative avec la faible concentration en ionsSe produisent à une concentration en sel très élevée avec une séquence alternée de bases puriques et pyrimidiques66% d'humidité relative avec présence d'ions lithium et magnésium.--
Plan de la basePerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdalPerpendiculaire à l'axe hélicoïdal-
Rotation par paire de bases33 degrés36 degrés30 degrés38,6 degrés--
Élévation axiale par paire de bases2,563,383,713.323.03-
Diamètre de l'hélice25,52018 heures19,0--
Paires de bases par tour11 pb10 pb12 pb9,33 pb8 pb7,5 pb
Ossature de phosphate de sucreNormalNormalZigzagNormalNormal-
Inclinaison de la paire de bases19 degrés6.3 Degrés7 degrés-7.8 Degrés-16,7 degrés-
Pas d'hélice25,535,545,630,9--
Grand sillonRainure principale étroite et profondeGrand sillon large et profondRainure principale plate---
Petit sillonPetit sillon large et profondPetit sillon étroit et profondPetit sillon étroit et profond---
Plissement de sucreC3 – endoconformationC2 – endoconformationC3 – endoconformation pour les purines et C2 – endoconformation pour les pyrimidines---

Facteurs influençant le changement conformationnel

Le changement de conformation de l'ADN double hélice en différentes formes dépend principalement des trois facteurs suivants :

  1. Conditions physiologiques: L'humidité et l'environnement ionique ou d'hydratation favorisent le changement de conformation de l'ADN.
  2. séquence de bases d'ADN: C'est le facteur le plus crucial, qui décide de la forme, de la taille, de l'enroulement et d'autres propriétés structurelles de l'ADN.
  3. Présence et liaison de protéines: Une protéine se lie à la conformation hélicoïdale de l'ADN et change sa structure en différentes formes. Par exemple, une protéine peut se lier à l'ADN-B et changer la conformation en formes A ou Z.

Les trois facteurs ci-dessus influencent principalement l'ADN et le rendent variante structurelle. Par conséquent, nous pouvons conclure que la structure en double hélice de l'ADN n'est pas uniforme et peut varier dans différentes conditions physiologiques prévues.


Acides nucléiques de forme A et ADN Z

Trois formes différentes d'acide nucléique duplex ont été décrites. La forme la plus courante, présente dans la plupart des ADN à pH neutre et à des concentrations de sel physiologique, est la forme B. C'est la structure classique à double hélice à droite dont nous avons parlé. Un duplex droitier plus épais avec une distance plus courte entre les paires de bases a été décrit pour les duplex ARN-ADN et les duplex ARN-ARN. C'est ce qu'on appelle l'acide nucléique de forme A.

Une troisième forme d'ADN duplex a une structure hélicoïdale gauche très différente. Cet ADN Z est formé par des tronçons de purines et de pyrimidines alternées, par ex. GCGCGC, en particulier dans l'ADN surenroulé négativement. Une petite quantité d'ADN dans une cellule existe sous la forme Z. Il a été tentant de proposer que cette structure différente soit impliquée d'une manière ou d'une autre dans la régulation de certaines fonctions cellulaires, telles que la transcription ou la régulation, mais des preuves concluantes pour ou contre cette proposition ne sont pas encore disponibles.

Différences entre les acides nucléiques de forme A et de forme B

La principale différence entre les acides nucléiques de forme A et de forme B réside dans la conformation du cycle de sucre désoxyribose. Il est dans l'endoconformation C2' pour la forme B, alors qu'il est dans l'endoconformation C3' pour la forme A. Comme le montre la figure (PageIndex<4>), si vous considérez le plan défini par les atomes C4'-O-C1' du désoxyribose, dans l'endoconformation C2', l'atome C2' est au-dessus du plan, alors que l'atome C3' est au-dessus du plan dans l'endoconformation C3'. Cette dernière conformation rapproche les hydroxyles 5' et 3' (tous deux estérifiés aux phosphates se liant aux nucléotides suivants) plus près que dans l'endoconfromation C2' (figure 2.16). Ainsi, la distance entre les nucléotides adjacents est réduite d'environ 1 Angstrom dans la forme A par rapport à l'acide nucléique de la forme B (Figure (PageIndex<4>)).

Figure (PageIndex<4>) : Syn et anti conformations de la base par rapport au sucre en nucléotides.

Une deuxième différence majeure entre les acides nucléiques des formes A et B est le placement des paires de bases dans le duplex. Dans la forme B, les paires de bases sont presque centrées sur l'axe hélicoïdal (Figure (PageIndex<4>)), mais dans la forme A, elles sont déplacées loin de l'axe central et plus près du sillon principal. Le résultat est une hélice en forme de ruban avec un noyau cylindrique plus ouvert en forme de A.


Lorsque l'ADN est sous sa forme non condensée, que peut-il faire ? - La biologie

Nos rédacteurs examineront ce que vous avez soumis et détermineront s'il faut réviser l'article.

ADN, abréviation de acide désoxyribonucléique, produit chimique organique de structure moléculaire complexe que l'on trouve dans toutes les cellules procaryotes et eucaryotes et dans de nombreux virus. L'ADN code l'information génétique pour la transmission des traits héréditaires.

Que fait l'ADN ?

L'acide désoxyribonucléique (ADN) est un produit chimique organique qui contient des informations génétiques et des instructions pour la synthèse des protéines. On le trouve dans la plupart des cellules de chaque organisme. L'ADN est un élément clé de la reproduction dans laquelle l'hérédité génétique se produit par la transmission de l'ADN du parent ou des parents à la progéniture.

De quoi est fait l'ADN ?

L'ADN est composé de nucléotides. Un nucléotide a deux composants : un squelette, constitué des groupes sucre désoxyribose et phosphate, et des bases azotées, connues sous le nom de cytosine, thymine, adénine et guanine. Le code génétique est formé par différents arrangements des bases.

Qui a découvert la structure de l'ADN ?

La découverte de la structure en double hélice de l'ADN est attribuée aux chercheurs James Watson et Francis Crick, qui, avec leur collègue Maurice Wilkins, ont reçu un prix Nobel en 1962 pour leurs travaux. Beaucoup pensent que Rosalind Franklin devrait également être créditée, car elle a réalisé la photo révolutionnaire de la structure en double hélice de l'ADN, qui a été utilisée comme preuve sans sa permission.

Pouvez-vous modifier l'ADN?

Aujourd'hui, l'édition de gènes se fait principalement par une technique appelée Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), adoptée à partir d'un mécanisme bactérien qui peut découper des sections spécifiques de l'ADN. Une utilisation de CRISPR est la création de cultures d'organismes génétiquement modifiés (OGM).

Qu'est-ce qu'un ordinateur ADN ?

L'informatique ADN est une architecture informatique proposée qui utiliserait la nature auto-liante de l'ADN pour effectuer des calculs. Contrairement à l'informatique classique, l'informatique ADN permettrait à plusieurs processus et calculs parallèles de se produire en même temps.

Un bref traitement de l'ADN suit. Pour un traitement complet, voir génétique : l'ADN et le code génétique.

L'ADN chimique a été découvert pour la première fois en 1869, mais son rôle dans l'héritage génétique n'a été démontré qu'en 1943. En 1953, James Watson et Francis Crick, aidés par les travaux des biophysiciens Rosalind Franklin et Maurice Wilkins, ont déterminé que la structure de l'ADN est un double -hélice polymère, une spirale constituée de deux brins d'ADN enroulés l'un autour de l'autre. Cette percée a conduit à des avancées significatives dans la compréhension des scientifiques de la réplication de l'ADN et du contrôle héréditaire des activités cellulaires.

Chaque brin d'une molécule d'ADN est composé d'une longue chaîne de nucléotides monomères. Les nucléotides de l'ADN sont constitués d'une molécule de sucre désoxyribose à laquelle est attaché un groupement phosphate et l'une des quatre bases azotées : deux purines (adénine et guanine) et deux pyrimidines (cytosine et thymine). Les nucléotides sont reliés entre eux par des liaisons covalentes entre le phosphate d'un nucléotide et le sucre du suivant, formant un squelette phosphate-sucre à partir duquel les bases azotées font saillie. Un brin est lié à un autre par des liaisons hydrogène entre les bases, le séquençage de cette liaison est spécifique, c'est-à-dire que l'adénine ne se lie qu'à la thymine et la cytosine qu'à la guanine.

La configuration de la molécule d'ADN est très stable, ce qui lui permet d'agir comme un modèle pour la réplication de nouvelles molécules d'ADN, ainsi que pour la production (transcription) de la molécule d'ARN (acide ribonucléique) apparentée. Un segment d'ADN qui code pour la synthèse cellulaire d'une protéine spécifique est appelé gène.

L'ADN se réplique en se séparant en deux brins simples, dont chacun sert de matrice pour un nouveau brin. Les nouveaux brins sont copiés par le même principe d'appariement des liaisons hydrogène entre les bases qui existe dans la double hélice. Deux nouvelles molécules d'ADN double brin sont produites, chacune contenant l'un des brins d'origine et un nouveau brin. Cette réplication « semi-conservatrice » est la clé de l'héritage stable des traits génétiques.

Dans une cellule, l'ADN est organisé en complexes denses protéine-ADN appelés chromosomes. Chez les eucaryotes, les chromosomes sont situés dans le noyau, bien que l'ADN se trouve également dans les mitochondries et les chloroplastes. Chez les procaryotes, qui n'ont pas de noyau lié à la membrane, l'ADN se trouve sous la forme d'un seul chromosome circulaire dans le cytoplasme. Certains procaryotes, tels que les bactéries, et quelques eucaryotes ont un ADN extrachromosomique connu sous le nom de plasmides, qui sont du matériel génétique autonome et auto-répliquant. Les plasmides ont été largement utilisés dans la technologie de l'ADN recombinant pour étudier l'expression des gènes.

Le matériel génétique des virus peut être un ADN ou un ARN simple ou double brin. Les rétrovirus transportent leur matériel génétique sous forme d'ARN simple brin et produisent l'enzyme transcriptase inverse, qui peut générer de l'ADN à partir du brin d'ARN. Des complexes d'ADN à quatre brins connus sous le nom de G-quadruplexes ont été observés dans des zones riches en guanine du génome humain.

Les rédacteurs de l'Encyclopaedia Britannica Cet article a été récemment révisé et mis à jour par Adam Augustyn, rédacteur en chef, Reference Content.


Les séquences d'ADN courtes sont des composants fondamentaux des commutateurs génétiques

Nous avons vu comment une séquence nucléotidique spécifique peut être détectée sous la forme d'un motif de caractéristiques structurelles à la surface de la double hélice d'ADN. Des séquences nucléotidiques particulières, chacune d'une longueur typiquement inférieure à 20 paires de nucléotides, fonctionnent comme des composants fondamentaux des commutateurs génétiques en servant de sites de reconnaissance pour la liaison de protéines régulatrices de gènes spécifiques. Des milliers de ces séquences d'ADN ont été identifiées, chacune reconnue par une protéine de régulation génique différente (ou par un ensemble de protéines de régulation génique apparentées). Certaines des protéines régulatrices de gènes qui sont discutées au cours de ce chapitre sont répertoriées dans le tableau 7-1, ainsi que les séquences d'ADN qu'elles reconnaissent.

Tableau 7-1

Certaines protéines de régulation des gènes et les séquences d'ADN qu'elles reconnaissent.

Nous nous tournons maintenant vers les protéines régulatrices des gènes elles-mêmes, le deuxième composant fondamental des commutateurs génétiques. Nous commençons par les caractéristiques structurelles qui permettent à ces protéines de reconnaître de courtes séquences d'ADN spécifiques contenues dans une double hélice beaucoup plus longue.


Exemple de séquençage d'ADN

Bien que le séquençage de l'ADN prenait des années, il peut maintenant être effectué en quelques heures. De plus, la première séquence complète d'ADN humain a coûté environ 3 milliards de dollars. Désormais, certaines entreprises séquenceront l'intégralité de votre génome pour moins de 1 000 $. Les tests les plus avancés analyseront chaque nucléotide de votre génome. Cependant, de nombreuses entreprises proposent désormais polymorphisme mononucléotidique essais.

Il existe deux principaux types de séquençage d'ADN. L'ancienne méthode de terminaison de chaîne classique est également appelée méthode de Sanger. Les méthodes plus récentes capables de traiter rapidement un grand nombre de molécules d'ADN sont collectivement appelées techniques de séquençage à haut débit (HTS) ou méthodes de séquençage de nouvelle génération (NGS).

Séquençage de Sanger

La méthode Sanger repose sur une amorce qui se lie à une molécule d'ADN dénaturée et initie la synthèse d'un polynucléotide simple brin en présence d'une enzyme ADN polymérase, en utilisant l'ADN dénaturé comme matrice. Dans la plupart des cas, l'enzyme catalyse l'ajout d'un nucléotide. Une liaison covalente se forme donc entre l'atome de carbone 3 & 8242 de la molécule de sucre désoxyribose dans un nucléotide et l'atome de carbone 5 & 8242 du suivant. Cette image ci-dessous montre comment cette liaison est formée.

Un mélange réactionnel de séquençage, cependant, aurait une faible proportion de nucléotides modifiés qui ne peuvent pas former cette liaison covalente en raison de l'absence d'un groupe hydroxyle réactif, donnant lieu au terme « didésoxyribonucléotides », c'est-à-dire qu'ils n'ont pas de 2' ou 3' de l'atome d'oxygène par rapport au ribonucléotide correspondant. Cela mettrait fin prématurément à la réaction de polymérisation de l'ADN. À la fin de plusieurs cycles de telles polymérisations, un mélange de molécules de longueurs variables serait créé.

Dans les premières tentatives d'utilisation de la méthode de Sanger, la molécule d'ADN a d'abord été amplifiée à l'aide d'une amorce marquée, puis divisée en quatre tubes à essai, chacun ne contenant qu'un seul type de ddNTP. C'est-à-dire que chaque mélange réactionnel n'aurait qu'un seul type de nucléotide modifié qui pourrait provoquer une terminaison de chaîne. Une fois les quatre réactions terminées, le mélange de molécules d'ADN créé par la terminaison de chaîne subirait une électrophorèse sur un gel de polyacrylamide et serait séparé en fonction de leur longueur.

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Dans l'image ci-dessus, une réaction de séquençage avec ddATP a été soumise à une électrophorèse à travers la première colonne. Chaque ligne représente une molécule d'ADN d'une longueur particulière, résultat d'une réaction de polymérisation qui s'est terminée par l'ajout d'un nucléotide ddATP. Les deuxième, troisième et quatrième colonnes contenaient respectivement ddTTP, ddGTP et ddCTP.

Avec le temps, cette méthode a été modifiée pour que chaque ddNTP ait un marqueur fluorescent différent. L'amorce n'était plus la source du radiomarqueur ou de l'étiquette fluorescente. Également connue sous le nom de séquençage à terminaison de colorant, cette méthode utilisait quatre colorants avec des spectres d'émission ne se chevauchant pas, un pour chaque ddNTP.


L'image montre la différence entre les amorces marquées, les dNTP marqués et les NTP terminateurs teints.


L'image ci-dessus montre une représentation schématique du séquençage colorant-terminateur. Il existe un seul mélange réactionnel portant tous les éléments nécessaires à l'élongation de l'ADN. Le mélange réactionnel contient également de petites concentrations de quatre ddNTP, chacun avec une étiquette fluorescente différente. La réaction terminée est exécutée sur un gel capillaire. Les résultats sont obtenus grâce à une analyse des spectres d'émission de chaque bande d'ADN sur le gel. Un logiciel analyse ensuite les spectres et présente la séquence de la molécule d'ADN.

Séquençage à haut débit

Le séquençage de Sanger continue d'être utile pour déterminer les séquences d'étendues d'ADN relativement longues, en particulier à de faibles volumes. Cependant, cela peut devenir coûteux et laborieux lorsqu'un grand nombre de molécules doit être séquencé rapidement. Ironiquement, bien que la méthode traditionnelle de terminateur de colorant soit utile lorsque la molécule d'ADN est plus longue, les méthodes à haut débit sont devenues plus largement utilisées, en particulier lorsque des génomes entiers doivent être séquencés.

Il y a trois changements majeurs par rapport à la méthode Sanger. Le premier était le développement d'un système acellulaire pour le clonage de fragments d'ADN. Traditionnellement, le tronçon d'ADN qui devait être séquencé était d'abord cloné dans un plasmide procaryote et amplifié dans des bactéries avant d'être extrait et purifié. Le séquençage à haut débit ou les technologies de séquençage de nouvelle génération ne reposaient plus sur cette procédure laborieuse et chronophage.

Deuxièmement, ces méthodes ont créé un espace pour exécuter des millions de réactions de séquençage en parallèle. C'était un énorme pas en avant par rapport aux méthodes initiales où huit mélanges réactionnels différents étaient nécessaires pour produire une seule séquence nucléotidique fiable. Enfin, il n'y a pas de séparation entre les étapes d'allongement et de détection. Les bases sont identifiées au fur et à mesure du déroulement de la réaction de séquençage. Alors que HTS a réduit les coûts et le temps, leurs « lectures » étaient relativement courtes. C'est-à-dire que pour assembler un génome entier, un calcul intense est nécessaire.

L'avènement du HTS a considérablement élargi les applications de la génomique. Le séquençage de l'ADN fait désormais partie intégrante de la science fondamentale, de la recherche translationnelle, du diagnostic médical et de la médecine légale.


Contenu

Les dommages à l'ADN, dus à des facteurs environnementaux et à des processus métaboliques normaux à l'intérieur de la cellule, se produisent à un taux de 10 000 à 1 000 000 de lésions moléculaires par cellule et par jour. [2] Bien que cela ne représente que 0,000165 % des quelque 6 milliards de bases du génome humain, des lésions non réparées dans des gènes critiques (tels que les gènes suppresseurs de tumeurs) peuvent entraver la capacité d'une cellule à remplir sa fonction et augmenter sensiblement la probabilité de formation de tumeurs et contribuer à l'hétérogénéité tumorale.

La grande majorité des dommages à l'ADN affecte la structure primaire de la double hélice, c'est-à-dire que les bases elles-mêmes sont chimiquement modifiées. Ces modifications peuvent à leur tour perturber la structure hélicoïdale régulière des molécules en introduisant des liaisons chimiques non natives ou des adduits volumineux qui ne rentrent pas dans la double hélice standard. Contrairement aux protéines et à l'ARN, l'ADN manque généralement de structure tertiaire et, par conséquent, les dommages ou les perturbations ne se produisent pas à ce niveau. L'ADN est, cependant, superenroulé et enroulé autour de protéines "d'emballage" appelées histones (chez les eucaryotes), et les deux superstructures sont vulnérables aux effets des dommages à l'ADN.

Sources Modifier

Les dommages à l'ADN peuvent être subdivisés en deux types principaux :

    dommages tels que l'attaque par des espèces réactives de l'oxygène produites à partir de sous-produits métaboliques normaux (mutation spontanée), en particulier le processus de désamination oxydative
    1. inclut également les erreurs de réplication
    1. rayonnement ultraviolet [UV 200-400 nm] du soleil ou d'autres sources de lumière artificielle
    2. autres fréquences de rayonnement, y compris les rayons X et les rayons gamma ou les perturbations thermiques
    3. certaines toxines végétales
    4. produits chimiques mutagènes fabriqués par l'homme, en particulier les composés aromatiques qui agissent comme agents intercalants de l'ADN[8]

    La réplication de l'ADN endommagé avant la division cellulaire peut conduire à l'incorporation de bases erronées à l'opposé de celles endommagées. Les cellules filles qui héritent de ces mauvaises bases portent des mutations dont la séquence d'ADN d'origine est irrécupérable (sauf dans le cas rare d'une rétromutation, par exemple, par conversion génique).

    Types Modifier

    Il existe plusieurs types de dommages à l'ADN dus à des processus cellulaires endogènes :

    1. oxydation de bases [par ex. 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG)] et génération d'interruptions de brin d'ADN à partir d'espèces réactives de l'oxygène,
    2. alkylation de bases (généralement méthylation), telles que la formation de 7-méthylguanosine, 1-méthyladénine, 6-O-Méthylguanine
    3. hydrolyse des bases, telles que la désamination, la dépurination et la dépyrimidination. (par exemple, adduit benzo[a]pyrène diol époxyde-dG, adduit aristolactam I-dA)
    4. décalage de bases, en raison d'erreurs dans la réplication de l'ADN, dans lesquelles la mauvaise base d'ADN est cousue en place dans un brin d'ADN nouvellement formé, ou une base d'ADN est ignorée ou insérée par erreur.
    5. Dommages monoadducts causés par le changement de la base azotée unique de l'ADN
    6. Dommages au diadduit

    Les dommages causés par des agents exogènes se présentent sous plusieurs formes. Quelques exemples sont:

    1. Lumière UV-B provoque une réticulation entre les bases adjacentes de la cytosine et de la thymine, créant dimères de pyrimidine. C'est ce qu'on appelle des dommages directs à l'ADN.
    2. Lumière UV-A crée principalement des radicaux libres. Les dommages causés par les radicaux libres sont appelés dommages indirects à l'ADN.
    3. Rayonnement ionisant comme celle créée par la désintégration radioactive ou dans rayons cosmiques provoque des ruptures dans les brins d'ADN. Les rayonnements ionisants de niveau intermédiaire peuvent induire des dommages irréparables à l'ADN (conduisant à des erreurs de réplication et de transcription nécessaires à la néoplasie ou pouvant déclencher des interactions virales) entraînant un vieillissement prématuré et un cancer.
    4. Perturbation thermique à température élevée, le taux de dépurination (perte de bases puriques du squelette de l'ADN) et les cassures simple brin augmentent. Par exemple, la dépurination hydrolytique est observée chez les bactéries thermophiles, qui poussent dans les sources chaudes à 40-80 °C. [9][10] Le taux de dépurination (300 résidus puriques par génome par génération) est trop élevé chez ces espèces pour être réparé par des machines de réparation normales, donc une possibilité d'une réponse adaptative ne peut être exclue.
    5. Produits chimiques industriels tels que le chlorure de vinyle et le peroxyde d'hydrogène, et les produits chimiques environnementaux tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques trouvés dans la fumée, la suie et le goudron créent une grande diversité d'adduits d'ADN - éthenobases, bases oxydées, phosphotriesters alkylés et réticulation de l'ADN, pour n'en nommer que quelques-uns.

    Les dommages causés par les UV, l'alkylation/méthylation, les dommages causés par les rayons X et les dommages oxydatifs sont des exemples de dommages induits. Les dommages spontanés peuvent inclure la perte d'une base, la désamination, le plissement de l'anneau de sucre et le décalage tautomère. Les dommages constitutifs (spontanés) de l'ADN causés par les oxydants endogènes peuvent être détectés comme un faible niveau de phosphorylation de l'histone H2AX dans les cellules non traitées. [11]

    Nucléaire contre mitochondrial Modifier

    Dans les cellules humaines et les cellules eucaryotes en général, l'ADN se trouve à deux emplacements cellulaires : à l'intérieur du noyau et à l'intérieur des mitochondries. L'ADN nucléaire (ADNn) existe sous forme de chromatine pendant les étapes non réplicatives du cycle cellulaire et est condensé en structures agrégées connues sous le nom de chromosomes pendant la division cellulaire. Dans l'un ou l'autre état, l'ADN est fortement compacté et enroulé autour de protéines semblables à des billes appelées histones. Chaque fois qu'une cellule a besoin d'exprimer l'information génétique codée dans son ADNn, la région chromosomique requise est démêlée, les gènes qui s'y trouvent sont exprimés, puis la région est condensée de nouveau à sa conformation au repos. L'ADN mitochondrial (ADNmt) est situé à l'intérieur des organites mitochondriales, existe en plusieurs exemplaires et est également étroitement associé à un certain nombre de protéines pour former un complexe appelé nucléoïde. À l'intérieur des mitochondries, les espèces réactives de l'oxygène (ROS) ou radicaux libres, sous-produits de la production constante d'adénosine triphosphate (ATP) via la phosphorylation oxydative, créent un environnement hautement oxydant connu pour endommager l'ADNmt. Une enzyme essentielle pour contrer la toxicité de ces espèces est la superoxyde dismutase, qui est présente à la fois dans les mitochondries et le cytoplasme des cellules eucaryotes.

    Sénescence et apoptose Modifier

    La sénescence, processus irréversible au cours duquel la cellule ne se divise plus, est une réponse protectrice au raccourcissement des extrémités des chromosomes. Les télomères sont de longues régions d'ADN non codant répétitif qui recouvrent les chromosomes et subissent une dégradation partielle chaque fois qu'une cellule subit une division (voir la limite de Hayflick). [12] En revanche, la quiescence est un état réversible de dormance cellulaire qui n'est pas lié aux dommages du génome (voir cycle cellulaire). La sénescence dans les cellules peut servir d'alternative fonctionnelle à l'apoptose dans les cas où la présence physique d'une cellule pour des raisons spatiales est requise par l'organisme, [13] qui sert de mécanisme de « dernier recours » pour empêcher une cellule avec un ADN endommagé de se répliquer. de manière inappropriée en l'absence de signalisation cellulaire pro-croissance. Une division cellulaire non régulée peut conduire à la formation d'une tumeur (voir cancer), qui est potentiellement mortelle pour un organisme. Par conséquent, l'induction de la sénescence et de l'apoptose est considérée comme faisant partie d'une stratégie de protection contre le cancer. [14]

    Mutation Modifier

    Il est important de faire la distinction entre les dommages à l'ADN et la mutation, les deux principaux types d'erreur dans l'ADN. Les dommages à l'ADN et les mutations sont fondamentalement différents. Les dommages entraînent des anomalies physiques de l'ADN, telles que des cassures simple et double brin, des résidus de 8-hydroxydésoxyguanosine et des adduits d'hydrocarbures aromatiques polycycliques. Les dommages à l'ADN peuvent être reconnus par les enzymes et peuvent donc être correctement réparés si des informations redondantes, telles que la séquence non endommagée dans le brin d'ADN complémentaire ou dans un chromosome homologue, sont disponibles pour la copie. Si une cellule conserve des dommages à l'ADN, la transcription d'un gène peut être empêchée, et ainsi la traduction en une protéine sera également bloquée. La réplication peut également être bloquée ou la cellule peut mourir.

    Contrairement aux dommages à l'ADN, une mutation est un changement dans la séquence de bases de l'ADN. Une mutation ne peut pas être reconnue par les enzymes une fois que le changement de base est présent dans les deux brins d'ADN, et donc une mutation ne peut pas être réparée. Au niveau cellulaire, les mutations peuvent provoquer des altérations de la fonction et de la régulation des protéines. Les mutations sont répliquées lorsque la cellule se réplique. Dans une population de cellules, les cellules mutantes augmenteront ou diminueront en fréquence selon les effets de la mutation sur la capacité de la cellule à survivre et à se reproduire.

    Bien que distinctement différents les uns des autres, les dommages à l'ADN et la mutation sont liés car les dommages à l'ADN provoquent souvent des erreurs de synthèse de l'ADN lors de la réplication ou de la réparation. Ces erreurs sont une source majeure de mutation.

    Compte tenu de ces propriétés des dommages et de la mutation de l'ADN, on peut voir que les dommages à l'ADN sont un problème particulier dans les cellules qui ne se divisent pas ou qui se divisent lentement, où les dommages non réparés auront tendance à s'accumuler avec le temps. D'autre part, dans les cellules à division rapide, les dommages à l'ADN non réparés qui ne tuent pas la cellule en bloquant la réplication auront tendance à provoquer des erreurs de réplication et donc une mutation. La grande majorité des mutations dont l'effet n'est pas neutre sont délétères à la survie d'une cellule. Ainsi, dans une population de cellules composant un tissu avec des cellules en réplication, les cellules mutantes auront tendance à être perdues. Cependant, les mutations peu fréquentes qui offrent un avantage de survie auront tendance à s'étendre par clonage aux dépens des cellules voisines dans le tissu. Cet avantage pour la cellule est désavantageux pour l'organisme entier, car de telles cellules mutantes peuvent provoquer le cancer. Ainsi, les dommages à l'ADN dans les cellules qui se divisent fréquemment, car ils donnent lieu à des mutations, sont une cause importante de cancer. En revanche, les dommages à l'ADN dans les cellules qui se divisent rarement sont probablement une cause importante du vieillissement. [15]

    Les cellules ne peuvent pas fonctionner si les dommages à l'ADN corrompent l'intégrité et l'accessibilité des informations essentielles du génome (mais les cellules restent superficiellement fonctionnelles lorsque des gènes non essentiels sont manquants ou endommagés). Selon le type de dommages infligés à la structure en double hélice de l'ADN, diverses stratégies de réparation ont évolué pour restaurer les informations perdues. Si possible, les cellules utilisent le brin complémentaire non modifié de l'ADN ou la chromatide sœur comme matrice pour récupérer les informations d'origine. Sans accès à un modèle, les cellules utilisent un mécanisme de récupération sujet aux erreurs connu sous le nom de synthèse de translésion en dernier recours.

    Les dommages à l'ADN modifient la configuration spatiale de l'hélice, et de telles modifications peuvent être détectées par la cellule. Une fois que les dommages sont localisés, des molécules de réparation d'ADN spécifiques se lient au site ou à proximité du site des dommages, induisant d'autres molécules à se lier et à former un complexe qui permet à la réparation réelle d'avoir lieu.

    Inversion directe Modifier

    Les cellules sont connues pour éliminer trois types de dommages à leur ADN en l'inversant chimiquement. Ces mécanismes ne nécessitent pas de gabarit, car les types de dommages qu'ils neutralisent ne peuvent se produire que dans l'une des quatre bases. De tels mécanismes d'inversion directe sont spécifiques au type de dommages subis et n'impliquent pas de rupture du squelette phosphodiester. La formation de dimères de pyrimidine lors d'une irradiation avec de la lumière UV entraîne une liaison covalente anormale entre les bases pyrimidiques adjacentes. Le processus de photoréactivation inverse directement ces dommages par l'action de l'enzyme photolyase, dont l'activation dépend obligatoirement de l'énergie absorbée par la lumière bleue/UV (longueur d'onde de 300 à 500 nm) pour favoriser la catalyse. [16] La photolyase, une ancienne enzyme présente dans les bactéries, les champignons et la plupart des animaux, ne fonctionne plus chez l'homme, [17] qui utilise plutôt la réparation par excision de nucléotides pour réparer les dommages causés par l'irradiation UV. Un autre type de dommage, la méthylation des bases guanines, est directement inversé par la protéine méthyl guanine méthyl transférase (MGMT), dont l'équivalent bactérien est appelé ogt. Il s'agit d'un processus coûteux car chaque molécule de MGMT ne peut être utilisée qu'une seule fois, c'est-à-dire que la réaction est stoechiométrique plutôt que catalytique. [18] Une réponse généralisée aux agents de méthylation dans les bactéries est connue sous le nom de réponse adaptative et confère un niveau de résistance aux agents d'alkylation lors d'une exposition prolongée par la régulation à la hausse des enzymes de réparation d'alkylation. [19] Le troisième type de dommages à l'ADN inversés par les cellules est une certaine méthylation des bases cytosine et adénine.

    Dommages à un seul brin Modifier

    Lorsqu'un seul des deux brins d'une double hélice présente un défaut, l'autre brin peut servir de gabarit pour guider la correction du brin endommagé. Afin de réparer les dommages causés à l'une des deux molécules d'ADN appariées, il existe un certain nombre de mécanismes de réparation par excision qui éliminent le nucléotide endommagé et le remplacent par un nucléotide non endommagé complémentaire à celui trouvé dans le brin d'ADN non endommagé. [18]

      (BER) : les bases simples ou les nucléotides endommagés sont le plus souvent réparés en supprimant la base ou le nucléotide impliqué, puis en insérant la base ou le nucléotide correct. Dans la réparation par excision de base, une enzyme glycosylase[20] élimine la base endommagée de l'ADN en clivant la liaison entre la base et le désoxyribose. Ces enzymes éliminent une seule base pour créer un site apurinique ou apyrimidinique (site AP). [20] Les enzymes appelées AP endonucleasesnick l'épine dorsale endommagée de l'ADN au site AP. L'ADN polymérase supprime ensuite la région endommagée en utilisant son activité exonucléase 5' à 3' et synthétise correctement le nouveau brin en utilisant le brin complémentaire comme matrice. [20] L'espace est ensuite scellé par une enzyme ADN ligase. [21] (NER) : les dommages volumineux et déformant l'hélice, tels que la dimérisation de la pyrimidine causée par la lumière UV, sont généralement réparés par un processus en trois étapes. Les dommages sont d'abord reconnus, puis des brins d'ADN de 12 à 24 nucléotides sont retirés à la fois en amont et en aval du site de dommages par des endonucléases, et la région d'ADN retirée est ensuite resynthétisée. [22] NER est un mécanisme de réparation hautement conservé au cours de l'évolution et est utilisé dans presque toutes les cellules eucaryotes et procaryotes. [22] Chez les procaryotes, la NER est médiée par les protéines Uvr. [22] Chez les eucaryotes, beaucoup plus de protéines sont impliquées, bien que la stratégie générale soit la même. [22] des systèmes sont présents dans pratiquement toutes les cellules pour corriger les erreurs qui ne sont pas corrigées par la relecture. Ces systèmes sont constitués d'au moins deux protéines. L'un détecte le mésappariement et l'autre recrute une endonucléase qui clive le brin d'ADN nouvellement synthétisé à proximité de la région endommagée. Dans E. coli , les protéines impliquées sont les protéines de la classe Mut : MutS, MutL et MutH. Chez la plupart des eucaryotes, l'analogue de MutS est MSH et l'analogue de MutL est MLH. MutH n'est présent que dans les bactéries. Ceci est suivi par l'élimination de la région endommagée par une exonucléase, la resynthèse par l'ADN polymérase et le scellement des coupures par l'ADN ligase. [23]

    Ruptures double brin Modifier

    Les cassures double brin, dans lesquelles les deux brins de la double hélice sont coupés, sont particulièrement dangereuses pour la cellule car elles peuvent conduire à des réarrangements du génome. En effet, lorsqu'une cassure double brin s'accompagne d'une réticulation joignant les deux brins en un même point, aucun des brins ne peut être utilisé comme matrice pour les mécanismes de réparation, de sorte que la cellule ne pourra pas terminer la mitose lorsqu'elle sera il se divise ensuite et mourra ou, dans de rares cas, subira une mutation. [3] [4] Il existe trois mécanismes pour réparer les cassures double brin (DSB): la jonction d'extrémité non homologue (NHEJ), la jonction d'extrémité médiée par la microhomologie (MMEJ) et la recombinaison homologue (HR). [18] [24] Dans un in vitro système, la MMEJ s'est produite dans les cellules de mammifères à des niveaux de 10 à 20 % de RH lorsque les mécanismes RH et NHEJ étaient également disponibles. [25]

    Dans le NHEJ, l'ADN ligase IV, une ADN ligase spécialisée qui forme un complexe avec le cofacteur XRCC4, relie directement les deux extrémités. [26] Pour guider une réparation précise, NHEJ s'appuie sur de courtes séquences homologues appelées microhomologies présentes sur les queues simple brin des extrémités d'ADN à joindre. Si ces porte-à-faux sont compatibles, la réparation est généralement précise. [27] [28] [29] [30] NHEJ peut également introduire des mutations lors de la réparation. La perte de nucléotides endommagés au niveau du site de rupture peut entraîner des délétions et la jonction de terminaisons non correspondantes forme des insertions ou des translocations. NHEJ est particulièrement important avant que la cellule n'ait répliqué son ADN, car il n'y a pas de matrice disponible pour la réparation par recombinaison homologue. Il existe des voies NHEJ "de secours" chez les eucaryotes supérieurs. [31] Outre son rôle de gardien du génome, le NHEJ est nécessaire pour joindre les cassures double brin coiffées en épingle à cheveux induites lors de la recombinaison V(D)J, le processus qui génère la diversité des récepteurs des cellules B et des cellules T dans le système immunitaire des vertébrés. système. [32]

    La recombinaison homologue nécessite la présence d'une séquence identique ou presque identique à utiliser comme matrice pour la réparation de la cassure. La machinerie enzymatique responsable de ce processus de réparation est presque identique à la machinerie responsable du croisement chromosomique pendant la méiose. Cette voie permet de réparer un chromosome endommagé en utilisant une chromatide sœur (disponible en G2 après réplication de l'ADN) ou un chromosome homologue comme matrice. Les DSB causées par la machinerie de réplication tentant de synthétiser à travers une cassure simple brin ou une lésion non réparée provoquent l'effondrement de la fourche de réplication et sont généralement réparées par recombinaison.

    MMEJ commence par une résection finale à courte distance par la nucléase MRE11 de chaque côté d'une cassure double brin pour révéler des régions de microhomologie. [25] Dans d'autres étapes, [33] Poly (ADP-ribose) polymérase 1 (PARP1) est nécessaire et peut être une étape précoce dans MMEJ. Il y a appariement des régions de microhomologie suivi du recrutement de l'endonucléase 1 spécifique à la structure du volet (FEN1) pour éliminer les volets en surplomb. Ceci est suivi par le recrutement de XRCC1-LIG3 sur le site de ligature des extrémités de l'ADN, conduisant à un ADN intact. MMEJ est toujours accompagné d'une délétion, de sorte que MMEJ est une voie mutagène pour la réparation de l'ADN. [34]

    L'extrêmophile Déinocoque radiodurans a une capacité remarquable à survivre aux dommages causés à l'ADN par les rayonnements ionisants et d'autres sources. Au moins deux copies du génome, avec des cassures d'ADN aléatoires, peuvent former des fragments d'ADN par annelage. Des fragments partiellement chevauchants sont ensuite utilisés pour la synthèse de régions homologues à travers une boucle D mobile qui peut continuer l'extension jusqu'à ce qu'ils trouvent des brins partenaires complémentaires. Dans l'étape finale, il y a un croisement au moyen d'une recombinaison homologue dépendante de RecA. [35]

    Les topoisomérases introduisent des cassures simple et double brin au cours du changement de l'état de superenroulement de l'ADN, ce qui est particulièrement courant dans les régions proches d'une fourche de réplication ouverte. De telles ruptures ne sont pas considérées comme des dommages à l'ADN car elles sont un intermédiaire naturel dans le mécanisme biochimique de la topoisomérase et sont immédiatement réparées par les enzymes qui les ont créées.

    Synthèse de la translésion Modifier

    La synthèse par translésion (TLS) est un processus de tolérance aux dommages de l'ADN qui permet à la machinerie de réplication de l'ADN de répliquer les anciennes lésions de l'ADN telles que les dimères de thymine ou les sites AP. [36] Il s'agit de remplacer les ADN polymérases ordinaires par des polymérases de translésion spécialisées (c'est-à-dire l'ADN polymérase IV ou V, de la famille des polymérases Y), souvent avec des sites actifs plus grands qui peuvent faciliter l'insertion de bases en face des nucléotides endommagés. On pense que la commutation par polymérase est médiée par, entre autres facteurs, la modification post-traductionnelle du facteur de processivité de réplication PCNA. Les polymérases de synthèse par translésion ont souvent une faible fidélité (forte propension à insérer de mauvaises bases) sur des modèles non endommagés par rapport aux polymérases ordinaires. Cependant, beaucoup sont extrêmement efficaces pour insérer des bases correctes face à des types de dommages spécifiques. Par exemple, Pol η médie le contournement sans erreur des lésions induites par l'irradiation UV, tandis que Pol ι introduit des mutations sur ces sites. Pol η est connu pour ajouter la première adénine à travers le photodimère T^T en utilisant l'appariement de bases Watson-Crick et la seconde adénine sera ajoutée dans sa conformation syn en utilisant l'appariement de bases Hoogsteen. D'un point de vue cellulaire, risquer l'introduction de mutations ponctuelles lors de la synthèse de la translésion peut être préférable au recours à des mécanismes plus drastiques de réparation de l'ADN, qui peuvent provoquer des aberrations chromosomiques importantes ou la mort cellulaire. En bref, le processus implique des polymérases spécialisées qui contournent ou réparent les lésions aux emplacements de la réplication de l'ADN bloquée. Par exemple, l'ADN polymérase humaine eta peut contourner des lésions complexes de l'ADN telles que la réticulation intra-brin guanine-thymine, G[8,5-Me]T, bien qu'elle puisse provoquer des mutations ciblées et semi-ciblées. [37] Paromita Raychaudhury et Ashis Basu [38] ont étudié la toxicité et la mutagenèse de la même lésion chez Escherichia coli en répliquant un plasmide modifié par G[8,5-Me]T dans E. coli avec des knockouts spécifiques de l'ADN polymérase. La viabilité était très faible dans une souche dépourvue de pol II, pol IV et pol V, les trois ADN polymérases inductibles par SOS, ce qui indique que la synthèse de la translésion est réalisée principalement par ces ADN polymérases spécialisées. Une plate-forme de dérivation est fournie à ces polymérases par l'antigène nucléaire des cellules proliférantes (PCNA). Dans des circonstances normales, le PCNA lié aux polymérases réplique l'ADN. Sur un site de lésion, le PCNA est ubiquitiné ou modifié par les protéines RAD6/RAD18 pour fournir une plate-forme aux polymérases spécialisées pour contourner la lésion et reprendre la réplication de l'ADN. [39] [40] Après la synthèse de la translésion, l'extension est nécessaire. Cette extension peut être réalisée par une polymérase réplicative si le TLS est sans erreur, comme dans le cas de Pol η, mais si TLS entraîne un mésappariement, une polymérase spécialisée est nécessaire pour l'étendre Pol ζ. Pol ζ est unique en ce qu'il peut étendre les mésappariements terminaux, contrairement aux polymérases plus processives. Ainsi, lorsqu'une lésion est rencontrée, la fourche de réplication se bloque, PCNA passera d'une polymérase processive à une polymérase TLS telle que Pol ι pour réparer la lésion, puis PCNA peut passer à Pol ζ pour étendre le décalage, et le dernier PCNA basculera à la polymérase processive pour continuer la réplication.

    Les cellules exposées aux rayonnements ionisants, à la lumière ultraviolette ou aux produits chimiques sont susceptibles d'acquérir de multiples sites de lésions volumineuses de l'ADN et de cassures double brin. De plus, les agents endommageant l'ADN peuvent endommager d'autres biomolécules telles que les protéines, les glucides, les lipides et l'ARN. L'accumulation de dommages, pour être plus précis, les cassures double brin ou les adduits bloquant les fourches de réplication, font partie des signaux de stimulation connus pour une réponse globale aux dommages de l'ADN. [41] La réponse globale aux dommages est un acte dirigé vers la propre préservation des cellules et déclenche de multiples voies de réparation macromoléculaire, de pontage des lésions, de tolérance ou d'apoptose. Les caractéristiques communes de la réponse globale sont l'induction de plusieurs gènes, l'arrêt du cycle cellulaire et l'inhibition de la division cellulaire.

    Étapes initiales Modifier

    L'empaquetage de l'ADN eucaryote dans la chromatine présente une barrière à tous les processus basés sur l'ADN qui nécessitent le recrutement d'enzymes sur leurs sites d'action. Pour permettre la réparation de l'ADN, la chromatine doit être remodelée. Chez les eucaryotes, les complexes de remodelage de la chromatine dépendant de l'ATP et les enzymes modifiant les histones sont deux facteurs prédominants utilisés pour accomplir ce processus de remodelage. [42]

    La relaxation de la chromatine se produit rapidement sur le site d'une lésion de l'ADN. [43] [44] Dans l'une des premières étapes, la protéine kinase activée par le stress, c-Jun N-terminal kinase (JNK), phosphoryle SIRT6 sur la sérine 10 en réponse à des cassures double brin ou à d'autres dommages à l'ADN. [45] Cette modification post-traductionnelle facilite la mobilisation de SIRT6 sur les sites de lésions de l'ADN et est nécessaire pour un recrutement efficace de la poly (ADP-ribose) polymérase 1 (PARP1) sur les sites de rupture de l'ADN et pour une réparation efficace des DSB. [45] La protéine PARP1 commence à apparaître sur les sites d'endommagement de l'ADN en moins d'une seconde, avec une accumulation de moitié maximum dans les 1,6 secondes suivant la survenue des dommages. [46] PARP1 synthétise des chaînes polymères d'adénosine diphosphate ribose (poly (ADP-ribose) ou PAR) sur elle-même. Ensuite, le remodeleur de la chromatine ALC1 s'attache rapidement au produit de l'action PARP1, une chaîne poly-ADP ribose, et ALC1 termine l'arrivée des dommages à l'ADN dans les 10 secondes suivant l'apparition des dommages. [44] Environ la moitié de la relaxation maximale de la chromatine, probablement due à l'action de l'ALC1, se produit en 10 secondes. [44] Cela permet ensuite le recrutement de l'enzyme de réparation de l'ADN MRE11, pour initier la réparation de l'ADN, en 13 secondes. [46]

    γH2AX, la forme phosphorylée de H2AX est également impliquée dans les premières étapes conduisant à la décondensation de la chromatine après les cassures double brin de l'ADN. La variante d'histone H2AX constitue environ 10 % des histones H2A de la chromatine humaine. [47] Le γH2AX (H2AX phosphorylé sur la sérine 139) peut être détecté dès 20 secondes après l'irradiation des cellules (avec formation de cassures double brin de l'ADN), et l'accumulation à moitié maximale de γH2AX se produit en une minute. [47] L'étendue de la chromatine avec γH2AX phosphorylé est d'environ deux millions de paires de bases au site d'une cassure double brin de l'ADN. [47] Le H2AX ne provoque pas lui-même la décondensation de la chromatine, mais dans les 30 secondes suivant l'irradiation, la protéine RNF8 peut être détectée en association avec le γH2AX. [48] ​​RNF8 médie une vaste décondensation de la chromatine, par son interaction ultérieure avec CHD4, [49] un composant du complexe de remodelage nucléosomique et de désacétylase NuRD.

    DDB2 se produit dans un complexe hétérodimérique avec DDB1. Ce complexe se complexifie en outre avec la protéine ubiquitine ligase CUL4A [50] et avec PARP1. [51] Ce complexe plus grand s'associe rapidement aux dommages induits par les UV au sein de la chromatine, avec une association à moitié maximale terminée en 40 secondes. [50] La protéine PARP1, attachée à la fois à DDB1 et DDB2, puis PARylate (crée une chaîne poly-ADP ribose) sur DDB2 qui attire la protéine de remodelage de l'ADN ALC1. [51] L'action d'ALC1 détend la chromatine sur le site des dommages UV à l'ADN. Cette relaxation permet à d'autres protéines de la voie de réparation par excision de nucléotides d'entrer dans la chromatine et de réparer les dommages du dimère de cyclobutane pyrimidine induits par les UV.

    Après un remodelage rapide de la chromatine, les points de contrôle du cycle cellulaire sont activés pour permettre la réparation de l'ADN avant que le cycle cellulaire ne progresse. Premièrement, deux kinases, ATM et ATR sont activées dans les 5 ou 6 minutes après que l'ADN est endommagé. Ceci est suivi par la phosphorylation de la protéine de point de contrôle du cycle cellulaire Chk1, initiant sa fonction, environ 10 minutes après que l'ADN est endommagé. [52]

    Points de contrôle des dommages à l'ADN Modifier

    Après des dommages à l'ADN, les points de contrôle du cycle cellulaire sont activés. L'activation du point de contrôle interrompt le cycle cellulaire et donne à la cellule le temps de réparer les dommages avant de continuer à se diviser. Les points de contrôle des dommages à l'ADN se produisent aux limites G1/S et G2/M. Un point de contrôle intra-S existe également. L'activation du point de contrôle est contrôlée par deux kinases maîtresses, ATM et ATR. L'ATM répond aux cassures double brin de l'ADN et aux perturbations de la structure de la chromatine, [53] alors que l'ATR répond principalement aux fourches de réplication bloquées. Ces kinases phosphorylent les cibles en aval dans une cascade de transduction de signal, conduisant finalement à l'arrêt du cycle cellulaire. Une classe de protéines médiatrices de point de contrôle comprenant BRCA1, MDC1 et 53BP1 a également été identifiée. [54] Ces protéines semblent être nécessaires pour transmettre le signal d'activation du point de contrôle aux protéines en aval.

    Point de contrôle des dommages à l'ADN est une voie de transduction du signal qui bloque la progression du cycle cellulaire en G1, G2 et en métaphase et ralentit la vitesse de progression de la phase S lorsque l'ADN est endommagé. Cela entraîne une pause dans le cycle cellulaire, ce qui laisse le temps à la cellule de réparer les dommages avant de continuer à se diviser.

    Les protéines Checkpoint peuvent être séparées en quatre groupes : la protéine kinase de type phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), le groupe de type antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA), deux sérine/thréonine (S/T) kinases et leurs adaptateurs. Au cœur de toutes les réponses aux points de contrôle induits par les dommages à l'ADN se trouve une paire de grandes protéines kinases appartenant au premier groupe de protéines kinases de type PI3K - les kinases ATM (Ataxia télangiectasie mutée) et ATR (Ataxia-and Rad-related), dont la séquence et les fonctions ont été bien conservés dans l'évolution. Toute réponse aux dommages à l'ADN nécessite soit l'ATM, soit l'ATR, car ils ont la capacité de se lier aux chromosomes sur le site des dommages à l'ADN, ainsi qu'aux protéines accessoires qui sont des plates-formes sur lesquelles les composants de la réponse aux dommages de l'ADN et les complexes de réparation de l'ADN peuvent être assemblés.

    Une cible importante en aval de l'ATM et de l'ATR est p53, car elle est nécessaire pour induire l'apoptose suite à des dommages à l'ADN. [55] L'inhibiteur de kinase cycline-dépendante p21 est induit à la fois par des mécanismes dépendants de p53 et indépendants de p53 et peut arrêter le cycle cellulaire aux points de contrôle G1/S et G2/M en désactivant les complexes cycline/kinase cycline-dépendante. [56]

    La réponse SOS procaryote Modifier

    La réponse SOS correspond aux modifications de l'expression des gènes dans Escherichia coli et d'autres bactéries en réponse à des dommages importants à l'ADN. Le système SOS procaryote est régulé par deux protéines clés : LexA et RecA. L'homodimère LexA est un répresseur transcriptionnel qui se lie aux séquences d'opérateurs communément appelées boîtes SOS. Dans Escherichia coli il est connu que LexA régule la transcription d'environ 48 gènes, y compris les gènes lexA et recA. [57] La ​​réponse SOS est connue pour être répandue dans le domaine des bactéries, mais elle est principalement absente dans certains phylums bactériens, comme les Spirochetes. [58] Les signaux cellulaires les plus courants activant la réponse SOS sont des régions d'ADN simple brin (ADNsb), provenant de fourches de réplication bloquées ou de cassures double brin, qui sont traitées par l'ADN hélicase pour séparer les deux brins d'ADN. [41] Dans l'étape d'initiation, la protéine RecA se lie à l'ADNsb dans une réaction entraînée par l'hydrolyse de l'ATP, créant des filaments RecA-ssDNA. Les filaments RecA-ssDNA activent l'activité d'autoprotéase LexA, ce qui conduit finalement au clivage du dimère LexA et à la dégradation ultérieure de LexA. La perte du répresseur LexA induit la transcription des gènes SOS et permet une induction supplémentaire du signal, l'inhibition de la division cellulaire et une augmentation des niveaux de protéines responsables du traitement des dommages.

    Dans Escherichia coli, les boîtes SOS sont des séquences longues de 20 nucléotides proches des promoteurs avec une structure palindromique et un degré élevé de conservation des séquences. Dans d'autres classes et embranchements, la séquence des boîtes SOS varie considérablement, avec une longueur et une composition différentes, mais elle est toujours hautement conservée et constitue l'un des signaux courts les plus puissants du génome. [58] Le contenu élevé en informations des boîtes SOS permet la liaison différentielle de LexA à différents promoteurs et permet le timing de la réponse SOS. Les gènes de réparation des lésions sont induits au début de la réponse SOS. Les polymérases translésionnelles sujettes aux erreurs, par exemple, UmuCD'2 (également appelée ADN polymérase V), sont induites plus tard en dernier recours. [59] Une fois que les dommages à l'ADN sont réparés ou contournés à l'aide de polymérases ou par recombinaison, la quantité d'ADN simple brin dans les cellules est diminuée, la diminution des quantités de filaments RecA diminue l'activité de clivage de l'homodimère LexA, qui se lie alors aux boîtes SOS près promoteurs et restaure l'expression normale des gènes.

    Réponses transcriptionnelles eucaryotes aux dommages à l'ADN Modifier

    Les cellules eucaryotes exposées à des agents endommageant l'ADN activent également d'importantes voies défensives en induisant de multiples protéines impliquées dans la réparation de l'ADN, le contrôle des points de contrôle du cycle cellulaire, le trafic et la dégradation des protéines. Une telle réponse transcriptionnelle à l'échelle du génome est très complexe et étroitement régulée, permettant ainsi une réponse globale coordonnée aux dommages. Exposition de levure Saccharomyces cerevisiae aux agents endommageant l'ADN entraîne des profils transcriptionnels qui se chevauchent mais qui sont distincts. Des similitudes avec la réponse aux chocs environnementaux indiquent qu'une voie globale de réponse au stress existe au niveau de l'activation transcriptionnelle.En revanche, différents types de cellules humaines réagissent différemment aux dommages, indiquant l'absence d'une réponse globale commune. L'explication probable de cette différence entre la levure et les cellules humaines peut être dans l'hétérogénéité des cellules de mammifères. Chez un animal, différents types de cellules sont répartis entre différents organes qui ont développé des sensibilités différentes aux dommages à l'ADN. [60]

    En général, la réponse globale aux dommages à l'ADN implique l'expression de plusieurs gènes responsables de la réparation post-réplication, de la recombinaison homologue, de la réparation par excision des nucléotides, du point de contrôle des dommages à l'ADN, de l'activation transcriptionnelle globale, des gènes contrôlant la dégradation de l'ARNm et bien d'autres. Une grande quantité de dommages à une cellule lui laisse une décision importante : subir l'apoptose et mourir, ou survivre au prix de la vie avec un génome modifié. Une augmentation de la tolérance aux dommages peut conduire à un taux de survie accru qui permettra une plus grande accumulation de mutations. La levure Rev1 et la polymérase humaine η sont membres des [ADN polymérases de translésion de la famille Y présentes lors de la réponse globale aux dommages à l'ADN et sont responsables d'une mutagenèse accrue lors d'une réponse globale aux dommages à l'ADN chez les eucaryotes. [41]

    Effets pathologiques d'une mauvaise réparation de l'ADN Modifier

    Les animaux expérimentaux présentant des déficiences génétiques dans la réparation de l'ADN présentent souvent une durée de vie réduite et une incidence accrue de cancer. [15] Par exemple, les souris déficientes dans la voie NHEJ dominante et dans les mécanismes de maintien des télomères contractent plus souvent des lymphomes et des infections et, par conséquent, ont une durée de vie plus courte que les souris de type sauvage. [61] De la même manière, les souris déficientes en une protéine clé de réparation et de transcription qui déroule les hélices d'ADN ont une apparition prématurée de maladies liées au vieillissement et un raccourcissement conséquent de la durée de vie. [62] Cependant, toutes les déficiences de réparation de l'ADN ne créent pas exactement les effets prédits. Les souris déficientes dans la voie NER ont présenté une durée de vie raccourcie sans taux de mutation plus élevés. [63]

    Si le taux de dommages à l'ADN dépasse la capacité de la cellule à le réparer, l'accumulation d'erreurs peut submerger la cellule et entraîner une sénescence précoce, une apoptose ou un cancer. Les maladies héréditaires associées à un fonctionnement défectueux de la réparation de l'ADN entraînent un vieillissement prématuré [15], une sensibilité accrue aux agents cancérigènes et, en conséquence, un risque accru de cancer (voir ci-dessous). D'autre part, les organismes dotés de systèmes de réparation de l'ADN améliorés, tels que Déinocoque radiodurans, l'organisme connu le plus résistant aux radiations, présente une résistance remarquable aux effets inducteurs de cassure double brin de la radioactivité, probablement en raison de l'efficacité accrue de la réparation de l'ADN et en particulier de la NHEJ. [64]

    Longévité et restriction calorique Modifier

    Un certain nombre de gènes individuels ont été identifiés comme influençant les variations de la durée de vie au sein d'une population d'organismes. Les effets de ces gènes sont fortement dépendants de l'environnement, en particulier de l'alimentation de l'organisme. La restriction calorique entraîne de manière reproductible une durée de vie prolongée dans une variété d'organismes, probablement via des voies de détection des nutriments et une diminution du taux métabolique. Les mécanismes moléculaires par lesquels une telle restriction entraîne un allongement de la durée de vie ne sont pas encore clairs (voir [65] pour une discussion), cependant, le comportement de nombreux gènes connus pour être impliqués dans la réparation de l'ADN est altéré dans des conditions de restriction calorique. Il a été démontré que plusieurs agents ayant des propriétés anti-vieillissement atténuent le niveau constitutif de la signalisation mTOR, preuve d'une réduction de l'activité métabolique, et réduisent simultanément le niveau constitutif de dommages à l'ADN induits par les espèces réactives de l'oxygène générées de manière endogène. [66]

    Par exemple, augmenter le dosage du gène SIR-2, qui régule l'encapsidation de l'ADN chez le ver nématode Caenorhabditis elegans, peut prolonger considérablement la durée de vie. [67] L'homologue mammifère de SIR-2 est connu pour induire des facteurs de réparation d'ADN en aval impliqués dans NHEJ, une activité qui est particulièrement favorisée dans des conditions de restriction calorique. [68] La restriction calorique a été étroitement liée au taux de réparation par excision de base dans l'ADN nucléaire des rongeurs, [69] bien que des effets similaires n'aient pas été observés dans l'ADN mitochondrial. [70]

    Les C. elegans Le gène AGE-1, un effecteur en amont des voies de réparation de l'ADN, confère une durée de vie considérablement prolongée dans des conditions d'alimentation libre, mais conduit à une diminution de la capacité de reproduction dans des conditions de restriction calorique. [71] Cette observation soutient la théorie de la pléiotropie des origines biologiques du vieillissement, qui suggère que les gènes conférant un grand avantage de survie tôt dans la vie seront sélectionnés même s'ils portent un désavantage correspondant tard dans la vie.

    Troubles héréditaires de la réparation de l'ADN Modifier

    Les défauts du mécanisme NER sont responsables de plusieurs troubles génétiques, notamment :

      : hypersensibilité au soleil/UV, entraînant une incidence accrue de cancer de la peau et un vieillissement prématuré : hypersensibilité aux UV et aux agents chimiques : peau sensible, cheveux et ongles cassants

    Un retard mental accompagne souvent ces deux derniers troubles, suggérant une vulnérabilité accrue des neurones du développement.

    Les autres troubles de la réparation de l'ADN comprennent :

      : vieillissement prématuré et retard de croissance : hypersensibilité au soleil, incidence élevée de tumeurs malignes (en particulier les leucémies). : sensibilité aux rayonnements ionisants et à certains agents chimiques

    Toutes les maladies ci-dessus sont souvent appelées "progérias segmentaires" ("maladies de vieillissement accéléré") parce que leurs victimes semblent âgées et souffrent de maladies liées au vieillissement à un âge anormalement jeune, tout en ne manifestant pas tous les symptômes de la vieillesse.

    D'autres maladies associées à une fonction de réparation de l'ADN réduite comprennent l'anémie de Fanconi, le cancer du sein héréditaire et le cancer du côlon héréditaire.

    En raison des limitations inhérentes aux mécanismes de réparation de l'ADN, si les humains vivaient assez longtemps, ils finiraient tous par développer un cancer. [72] [73] Il existe au moins 34 mutations génétiques héréditaires de réparation de l'ADN humain qui augmentent le risque de cancer. Beaucoup de ces mutations rendent la réparation de l'ADN moins efficace que la normale. En particulier, le cancer colorectal héréditaire sans polypose (HNPCC) est fortement associé à des mutations spécifiques dans la voie de réparation des mésappariements de l'ADN. BRCA1 et BRCA2, deux gènes importants dont les mutations confèrent un risque considérablement accru de cancer du sein chez les porteuses, [74] sont tous deux associés à un grand nombre de voies de réparation de l'ADN, en particulier NHEJ et la recombinaison homologue.

    Les procédures de traitement du cancer telles que la chimiothérapie et la radiothérapie agissent en accablant la capacité de la cellule à réparer les dommages à l'ADN, entraînant la mort cellulaire. Les cellules qui se divisent le plus rapidement - le plus souvent les cellules cancéreuses - sont préférentiellement affectées. L'effet secondaire est que d'autres cellules non cancéreuses mais à division rapide, telles que les cellules progénitrices de l'intestin, de la peau et du système hématopoïétique, sont également affectées. Les traitements anticancéreux modernes tentent de localiser les dommages de l'ADN aux cellules et aux tissus uniquement associés au cancer, soit par des moyens physiques (en concentrant l'agent thérapeutique dans la région de la tumeur) soit par des moyens biochimiques (en exploitant une caractéristique unique des cellules cancéreuses dans le corps) . Dans le contexte des thérapies ciblant les gènes de réponse aux dommages de l'ADN, cette dernière approche a été appelée « létalité synthétique ». [75]

    Le plus connu de ces médicaments à « létalité synthétique » est peut-être l'inhibiteur de la poly(ADP-ribose) polymérase 1 (PARP1), l'olaparib, qui a été approuvé par la Food and Drug Administration en 2015 pour le traitement chez les femmes de l'ovaire déficient en BRCA. cancer. Les cellules tumorales avec perte partielle de la réponse aux dommages de l'ADN (en particulier, la réparation par recombinaison homologue) dépendent d'un autre mécanisme - la réparation des cassures simple brin - qui est un mécanisme constitué, en partie, du produit du gène PARP1. [76] L'olaparib est associé à des agents chimiothérapeutiques pour inhiber la réparation des cassures simple brin induite par les dommages à l'ADN causés par la chimiothérapie co-administrée. Les cellules tumorales s'appuyant sur ce mécanisme de réparation de l'ADN résiduel sont incapables de réparer les dommages et ne sont donc pas capables de survivre et de proliférer, alors que les cellules normales peuvent réparer les dommages avec le mécanisme de recombinaison homologue fonctionnel.

    De nombreux autres médicaments à utiliser contre d'autres mécanismes de réparation de l'ADN résiduel couramment rencontrés dans le cancer sont actuellement à l'étude. Cependant, les approches thérapeutiques de létalité synthétique ont été remises en question en raison de l'émergence de preuves de résistance acquise, obtenues grâce au recâblage des voies de réponse aux dommages de l'ADN et à la réversion des défauts précédemment inhibés. [77]

    Défauts de réparation de l'ADN dans le cancer Modifier

    Il est devenu évident au cours des dernières années que la réponse aux dommages de l'ADN agit comme une barrière à la transformation maligne des cellules prénéoplasiques. [78] Des études antérieures ont montré une réponse élevée aux dommages à l'ADN dans des modèles de culture cellulaire avec activation d'oncogènes [79] et adénomes prénéoplasiques du côlon. [80] Les mécanismes de réponse aux dommages à l'ADN déclenchent l'arrêt du cycle cellulaire et tentent de réparer les lésions de l'ADN ou de favoriser la mort/la sénescence cellulaire si la réparation n'est pas possible. Un stress de réplication est observé dans les cellules prénéoplasiques en raison de l'augmentation des signaux de prolifération provenant de mutations oncogènes. Le stress de réplication est caractérisé par : une augmentation de l'initiation de la réplication/déclenchement de l'origine une augmentation de la transcription et des collisions des complexes transcription-réplication une déficience en nucléotides augmentation des espèces réactives de l'oxygène (ROS). [81]

    Le stress de réplication, ainsi que la sélection pour inactiver les mutations dans les gènes de réponse aux dommages de l'ADN dans l'évolution de la tumeur, [82] conduit à une régulation négative et/ou à la perte de certains mécanismes de réponse aux dommages à l'ADN, et donc à la perte de la réparation de l'ADN et/ou de la sénescence/ la mort cellulaire programmée. Dans les modèles expérimentaux de souris, la perte de la sénescence cellulaire induite par la réponse aux dommages à l'ADN a été observée après l'utilisation d'un ARN en épingle à cheveux court (shRNA) pour inhiber la réponse à la rupture double brin de la kinase ataxie télangiectasie (ATM), entraînant une augmentation de la taille de la tumeur et un caractère invasif. [80] Les humains nés avec des défauts héréditaires des mécanismes de réparation de l'ADN (par exemple, le syndrome de Li-Fraumeni) ont un risque de cancer plus élevé. [83]

    La prévalence des mutations de réponse aux dommages à l'ADN diffère selon les types de cancer, par exemple, 30% des carcinomes invasifs du sein ont des mutations dans les gènes impliqués dans la recombinaison homologue. [78] Dans le cancer, une régulation négative est observée dans tous les mécanismes de réponse aux dommages de l'ADN (réparation par excision de base (BER), réparation par excision de nucléotides (NER), réparation des mésappariements d'ADN (MMR), réparation par recombinaison homologue (HR), jonction d'extrémités non homologues ( NHEJ) et la synthèse de l'ADN par translésion (TLS). [84] En plus des mutations des gènes de réparation des dommages à l'ADN, des mutations surviennent également dans les gènes responsables de l'arrêt du cycle cellulaire pour laisser suffisamment de temps à la réparation de l'ADN, et certains gènes sont impliqués dans la réparation des dommages à l'ADN et le contrôle des points de contrôle du cycle cellulaire, par exemple l'ATM et la kinase du point de contrôle 2 (CHEK2) - un suppresseur de tumeur souvent absent ou régulé à la baisse dans le cancer du poumon non à petites cellules.

    HEURE NHEJ ASS FA BER TNS ROR
    AU M X X X
    ATR X X X
    PAXIP X X
    RPA X X X
    BRCA1 X X
    BRCA2 X X
    RAD51 X X
    RFC X X X
    XRCC1 X X
    PCNA X X X
    PARP1 X X
    ERCC1 X X X X
    MSH3 X X X

    Tableau : Gènes impliqués dans les voies de réponse aux dommages de l'ADN et fréquemment mutés dans le cancer (HR = recombinaison homologue NHEJ = extrémité non homologue rejoignant SSA = annelage simple brin FA = voie de l'anémie de fanconi BER = réparation par excision de base NER = réparation par excision de nucléotides MMR = mésappariement réparation)

    Défauts épigénétiques de réparation de l'ADN dans le cancer Modifier

    Classiquement, le cancer a été considéré comme un ensemble de maladies causées par des anomalies génétiques progressives qui incluent des mutations dans les gènes suppresseurs de tumeurs et des oncogènes, et des aberrations chromosomiques. Cependant, il est devenu évident que le cancer est également entraîné par des altérations épigénétiques. [86]

    Les altérations épigénétiques font référence à des modifications fonctionnellement pertinentes du génome qui n'impliquent pas de changement dans la séquence nucléotidique. Des exemples de telles modifications sont les changements dans la méthylation de l'ADN (hyperméthylation et hypométhylation) et la modification des histones, [87] les changements dans l'architecture chromosomique (causés par l'expression inappropriée de protéines telles que HMGA2 ou HMGA1) [88] et les changements causés par les microARN. Chacune de ces altérations épigénétiques sert à réguler l'expression des gènes sans altérer la séquence d'ADN sous-jacente. Ces changements persistent généralement lors des divisions cellulaires, durent plusieurs générations cellulaires et peuvent être considérés comme des épimutations (équivalentes à des mutations).

    Alors qu'un grand nombre d'altérations épigénétiques sont trouvées dans les cancers, les altérations épigénétiques des gènes de réparation de l'ADN, provoquant une expression réduite des protéines de réparation de l'ADN, semblent être particulièrement importantes. On pense que de telles altérations se produisent tôt dans la progression vers le cancer et sont une cause probable de l'instabilité génétique caractéristique des cancers. [89] [90] [91]

    L'expression réduite des gènes de réparation de l'ADN entraîne une réparation déficiente de l'ADN. Lorsque la réparation de l'ADN est déficiente, les dommages à l'ADN restent dans les cellules à un niveau plus élevé que d'habitude et ces dommages excessifs entraînent une augmentation des fréquences de mutation ou d'épimutation. Les taux de mutation augmentent considérablement dans les cellules défectueuses en réparation des mésappariements d'ADN [92] [93] ou en réparation par recombinaison homologue (HRR). [94] Les réarrangements chromosomiques et l'aneuploïdie augmentent également dans les cellules défectueuses HRR. [95]

    Des niveaux plus élevés de dommages à l'ADN entraînent non seulement une mutation accrue, mais également une épimutation accrue. Au cours de la réparation des cassures double brin de l'ADN ou de la réparation d'autres dommages à l'ADN, des sites de réparation incomplètement nettoyés peuvent provoquer un silençage épigénétique des gènes. [96] [97]

    L'expression déficiente des protéines de réparation de l'ADN en raison d'une mutation héréditaire peut entraîner un risque accru de cancer. Les personnes atteintes d'une déficience héréditaire de l'un des 34 gènes de réparation de l'ADN (voir l'article Trouble de la réparation de l'ADN) ont un risque accru de cancer, certains défauts provoquant jusqu'à 100 % de risque de cancer à vie (par exemple, mutations p53). [98] Cependant, de telles mutations germinales (qui provoquent des syndromes cancéreux hautement pénétrants) ne sont à l'origine que d'environ 1% des cancers. [99]

    Fréquences des épimutations dans les gènes de réparation de l'ADN Modifier

    Les déficiences en enzymes de réparation de l'ADN sont parfois causées par une mutation somatique nouvellement apparue dans un gène de réparation de l'ADN, mais sont beaucoup plus fréquemment causées par des altérations épigénétiques qui réduisent ou font taire l'expression des gènes de réparation de l'ADN. Par exemple, lorsque 113 cancers colorectaux ont été examinés en séquence, seuls quatre présentaient une mutation faux-sens dans le gène de réparation de l'ADN MGMT, tandis que la majorité présentait une expression réduite de MGMT en raison de la méthylation de la région promotrice de MGMT (une altération épigénétique). [100] Cinq études différentes ont révélé qu'entre 40 % et 90 % des cancers colorectaux ont réduit l'expression de la MGMT en raison de la méthylation de la région promotrice de la MGMT. [101] [102] [103] [104] [105]

    De même, sur 119 cas de cancers colorectaux déficients pour la réparation des mésappariements et dépourvus d'expression du gène de réparation de l'ADN PMS2, PMS2 était déficient dans 6 cas en raison de mutations du gène PMS2, tandis que dans 103 cas, l'expression de PMS2 était déficiente parce que son partenaire d'appariement MLH1 était réprimé en raison à la méthylation du promoteur (la protéine PMS2 est instable en l'absence de MLH1). [106] Dans les 10 autres cas, la perte de l'expression de PMS2 était probablement due à une surexpression épigénétique du microARN, miR-155, qui régule à la baisse MLH1. [107]

    Dans un autre exemple, des défauts épigénétiques ont été trouvés dans divers cancers (par exemple, du sein, de l'ovaire, colorectal et de la tête et du cou). Deux ou trois déficiences dans l'expression de ERCC1, XPF ou PMS2 surviennent simultanément dans la majorité des 49 cancers du côlon évalués par Facista et al. [108]

    Le tableau de cette section montre certains agents endommageant fréquemment l'ADN, des exemples de lésions de l'ADN qu'ils provoquent et les voies qui traitent ces dommages à l'ADN. Au moins 169 enzymes sont soit directement employées dans la réparation de l'ADN, soit influencent les processus de réparation de l'ADN. [109] Parmi ceux-ci, 83 sont directement utilisés pour réparer les 5 types de dommages à l'ADN illustrés dans le tableau.

    Certains des gènes les mieux étudiés au cœur de ces processus de réparation sont présentés dans le tableau. Les désignations de gènes affichées en rouge, gris ou cyan indiquent des gènes fréquemment modifiés épigénétiquement dans divers types de cancers. Les articles de Wikipédia sur chacun des gènes surlignés en rouge, gris ou cyan décrivent la ou les altérations épigénétiques et le ou les cancers dans lesquels ces épimutations sont retrouvées. Des articles de revue [110] et de larges articles d'enquête expérimentale [111] [112] documentent également la plupart de ces déficiences épigénétiques de la réparation de l'ADN dans les cancers.

    Les gènes surlignés en rouge sont fréquemment réduits ou réduits au silence par des mécanismes épigénétiques dans divers cancers. Lorsque ces gènes ont une expression faible ou absente, les dommages à l'ADN peuvent s'accumuler. Les erreurs de réplication après ces dommages (voir synthèse de translésion) peuvent conduire à une augmentation des mutations et, finalement, au cancer. La répression épigénétique des gènes de réparation de l'ADN dans précis Les voies de réparation de l'ADN semblent être au cœur de la cancérogenèse.

    Les deux gènes surlignés en gris RAD51 et BRCA2, sont nécessaires pour la réparation par recombinaison homologue. Ils sont parfois surexprimés épigénétiquement et parfois sous-exprimés dans certains cancers. Comme indiqué dans les articles de Wikipedia sur RAD51 et BRCA2, ces cancers ont généralement des déficiences épigénétiques dans d'autres gènes de réparation de l'ADN. Ces défauts de réparation entraîneraient probablement une augmentation des dommages à l'ADN non réparés. La surexpression de RAD51 et BRCA2 observés dans ces cancers peuvent refléter des pressions sélectives pour la compensation RAD51 ou BRCA2 une surexpression et une réparation par recombinaison homologue accrue pour traiter au moins partiellement de tels dommages excessifs à l'ADN. Dans les cas où RAD51 ou BRCA2 sont sous-exprimés, cela entraînerait lui-même une augmentation des dommages à l'ADN non réparés. Des erreurs de réplication après ces dommages (voir synthèse de translésion) pourraient entraîner une augmentation des mutations et du cancer, de sorte que la sous-expression de RAD51 ou BRCA2 serait cancérigène en soi.

    Les gènes mis en évidence par le cyan se trouvent dans la voie de jonction des extrémités médiée par la microhomologie (MMEJ) et sont régulés à la hausse dans le cancer. MMEJ est une source d'erreurs supplémentaire inexacte voie de réparation des cassures double brin. Dans la réparation MMEJ d'une cassure double brin, une homologie de 5 à 25 paires de bases complémentaires entre les deux brins appariés est suffisante pour aligner les brins, mais des extrémités incompatibles (volets) sont généralement présentes. MMEJ supprime les nucléotides supplémentaires (volets) où les brins sont joints, puis ligature les brins pour créer une double hélice d'ADN intacte. MMEJ implique presque toujours au moins une petite délétion, de sorte qu'il s'agit d'une voie mutagène. [24] FEN1, l'endonucléase du lambeau dans la MMEJ, est épigénétiquement augmentée par l'hypométhylation du promoteur et est surexprimée dans la majorité des cancers du sein, [113] prostate, [114] estomac, [115] [116] neuroblastomes, [ 117] pancréas, [118] et poumon.[119] PARP1 est également surexprimé lorsque son site ETS de la région promotrice est épigénétiquement hypométhylé, ce qui contribue à la progression vers le cancer de l'endomètre [120] et le cancer de l'ovaire séreux avec mutation BRCA. [121] D'autres gènes de la voie MMEJ sont également surexprimés dans un certain nombre de cancers (voir MMEJ pour un résumé), et sont également représentés en cyan.

    Distribution à l'échelle du génome de la réparation de l'ADN dans les cellules somatiques humaines Modifier

    L'activité différentielle des voies de réparation de l'ADN dans diverses régions du génome humain entraîne une distribution très inégale des mutations au sein des génomes tumoraux. [122] [123] En particulier, les régions riches en gènes et à réplication précoce du génome humain présentent des fréquences de mutation inférieures à celles de l'hétérochromatine à réplication tardive et pauvre en gènes. Un mécanisme sous-jacent implique la modification des histones H3K36me3, qui peut recruter des protéines de réparation des mésappariements, [124] réduisant ainsi les taux de mutation dans les régions marquées par H3K36me3. [125] Un autre mécanisme important concerne la réparation par excision de nucléotides, qui peut être recrutée par la machinerie de transcription, abaissant les taux de mutation somatique dans les gènes actifs [123] et d'autres régions ouvertes de la chromatine. [126]

    Les processus de base de la réparation de l'ADN sont hautement conservés chez les procaryotes et les eucaryotes et même chez les bactériophages (virus qui infectent les bactéries), cependant, des organismes plus complexes avec des génomes plus complexes ont des mécanismes de réparation plus complexes en conséquence. [127] La ​​capacité d'un grand nombre de motifs structuraux de protéines à catalyser des réactions chimiques pertinentes a joué un rôle important dans l'élaboration de mécanismes de réparation au cours de l'évolution. Pour une revue extrêmement détaillée des hypothèses relatives à l'évolution de la réparation de l'ADN, voir. [128]

    Les archives fossiles indiquent que la vie unicellulaire a commencé à proliférer sur la planète à un moment donné au cours de la période précambrienne, bien que le moment exact de l'émergence de la vie moderne reconnaissable ne soit pas clair. Les acides nucléiques sont devenus le moyen unique et universel de coder l'information génétique, nécessitant des mécanismes de réparation de l'ADN qui, dans leur forme de base, ont été hérités par toutes les formes de vie existantes de leur ancêtre commun. L'émergence de l'atmosphère riche en oxygène de la Terre (connue sous le nom de "catastrophe de l'oxygène") en raison d'organismes photosynthétiques, ainsi que la présence de radicaux libres potentiellement nocifs dans la cellule en raison de la phosphorylation oxydative, ont nécessité l'évolution des mécanismes de réparation de l'ADN qui agissent spécifiquement pour contrer les types de dommages induits par le stress oxydatif.

    Taux de changement évolutif Modifier

    Dans certains cas, les dommages à l'ADN ne sont pas réparés ou sont réparés par un mécanisme sujet aux erreurs qui entraîne un changement par rapport à la séquence d'origine. Lorsque cela se produit, des mutations peuvent se propager dans les génomes de la descendance de la cellule. Si un tel événement se produit dans une cellule de la lignée germinale qui produira éventuellement un gamète, la mutation a le potentiel d'être transmise à la progéniture de l'organisme. Le taux d'évolution dans une espèce particulière (ou, dans un gène particulier) est fonction du taux de mutation. En conséquence, la vitesse et la précision des mécanismes de réparation de l'ADN ont une influence sur le processus de changement évolutif. [129] La protection et la réparation des dommages à l'ADN n'influencent pas le taux d'adaptation par la régulation des gènes et par la recombinaison et la sélection des allèles. D'un autre côté, la réparation et la protection des dommages à l'ADN influencent le taux d'accumulation de mutations irréparables, avantageuses, à expansion de code et héréditaires, et ralentissent le mécanisme évolutif d'expansion du génome des organismes avec de nouvelles fonctionnalités. La tension entre l'évolutivité et la réparation et la protection des mutations nécessite une enquête plus approfondie.

    Une technologie nommée répétition palindromique courte régulièrement espacée en cluster (abrégé en CRISPR-Cas9) a été découverte en 2012. La nouvelle technologie permet à toute personne ayant une formation en biologie moléculaire de modifier les gènes de n'importe quelle espèce avec précision, en induisant des dommages à l'ADN à un point spécifique, puis modifier les mécanismes de réparation de l'ADN pour insérer de nouveaux gènes. [130] Elle est moins chère, plus efficace et plus précise que les autres technologies. Avec l'aide de CRISPR-Cas9, des parties d'un génome peuvent être modifiées par des scientifiques en supprimant, ajoutant ou modifiant des parties d'une séquence d'ADN.


    ADN : structure, fonction, emballage et propriétés (avec diagramme)

    Faisons une étude approfondie de la dacide eoxyribonucléique. Après avoir lu cet article, vous découvrirez : 1. Acide désoxyribonucléique (ADN) 2. Structure de l'ADN 3. Fonctions de l'ADN 4. Emballage d'ADN et 5. Propriétés physiques de l'ADN.

    Acide désoxyribonucléique (ADN):

    L'acide désoxyribonucléique, également abrégé en ADN, est la principale macromolécule informationnelle de la cellule, qui stocke, traduit et transfère l'information génétique. Chez les procaryotes, l'ADN se trouve principalement dans la zone nucléaire. Chez les eucaryotes, on le trouve dans le noyau, les mitochondries et le chloroplaste. La compréhension actuelle du stockage et de l'utilisation de l'information génétique des cellules est basée sur la découverte de la structure de l'ADN par Watson et Crick en 1953.

    Structure de l'ADN :

    Double structure hélicoïdale de l'ADN (modèle Watson et Crick) :

    La structure tridimensionnelle de l'ADN telle que proposée par Watson et Crick et les récentes avancées en la matière sont résumées ici :

    1. L'ADN est composé de deux chaînes hélicoïdales enroulées autour du même axe, pour former une double hélice droite.

    2. Les deux chaînes de l'hélice sont antiparallèles l'une à l'autre, c'est-à-dire que l'extrémité 5 & 8242 d'une chaîne polynucléotidique et l'extrémité 3 & 8242 de l'autre chaîne polynucléotidique sont du même côté et proches l'une de l'autre.

    Structure en double hélice de l'ADN

    3. La distance entre chaque virage est de 3,6 nm (anciennement 3,4 nm).

    4. Il y a 10,5 nucléotides par tour (anciennement 10 nucléotides).

    5. La relation spatiale entre les deux brins crée des rainures majeures et mineures entre les deux brins. Dans ces rainures, certaines protéines interagissent.

    6. Les squelettes hydrophiles des groupes désoxyribose et phosphates chargés négativement se trouvent à l'extérieur de la double hélice.

    7. Les bases hydrophobes pyrimidiques et puriques sont à l'intérieur de la double hélice, qui stabilise la double hélice de l'ADN.

    8. La double hélice est également stabilisée par une liaison hydrogène inter-chaîne formée entre une base purine et pyrimidine.

    9. Une base purine particulière, s'apparie par des liaisons hydrogène, uniquement avec une base pyrimidine particulière, c'est-à-dire que l'adénine (A) s'apparie avec la thymine (T) et la guanine (G) s'apparie avec la cytosine (C) uniquement.

    10. Deux liaisons hydrogène associent Adénine et Thymine (A = T), tandis que trois liaisons hydrogène associent Guanine et Cytosine (G C).

    11. Les paires de bases A = T et G ≡ C sont appelées paires de bases complémentaires.

    12. En raison de la présence d'appariements de bases complémentaires, les deux chaînes de la double hélice d'ADN sont complémentaires l'une de l'autre.

    Par conséquent, le nombre de bases A’ est égal au nombre de bases T’ (ou ‘G’ est égal à ‘C) dans un ADN double brin donné.

    13. L'un des brins de la double hélice est appelé brin sens, c'est-à-dire qui code pour l'ARN/les protéines et l'autre brin est appelé brin antisens.

    Différentes formes structurelles d'ADN :

    Les molécules d'ADN existent sous quatre formes structurelles ou organisations différentes dans différentes conditions physiologiques ou dans différentes cellules ou à différents points du même ADN.

    Fonctions de l'ADN :

    La séquence de bases de l'ADN constitue le signal d'information appelé matériel génétique. Cette séquence de bases nucléotidiques permet à l'ADN de fonctionner, de stocker, d'exprimer et de transférer l'information génétique. C'est pourquoi il programme et contrôle toutes les activités d'un organisme directement ou indirectement tout au long de son cycle de vie.

    (a) L'ADN stocke l'information génétique complète requise pour spécifier (former) la structure de toutes les protéines et ARN de chaque organisme.

    (b) L'ADN est la source d'information pour la synthèse de toutes les protéines du corps cellulaire. Certaines des protéines sont des protéines structurelles et d'autres des enzymes. Ces enzymes organisent les micromolécules pour former des macromolécules. Ces macromolécules sont agencées pour former des complexes supramoléculaires ou des organites cellulaires qui s'associent pour former des cellules. Ces cellules se regroupent pour former des tissus qui à leur tour forment différents organes d'un corps, spécifiquement propres à cet organisme pendant le développement, la croissance et la réparation du fœtus. Ainsi, l'ADN programme dans le temps et dans l'espace la biosynthèse ordonnée des cellules et des composants tissulaires.

    (c) Il détermine les activités d'un organisme tout au long de son cycle de vie, c'est-à-dire la période de gestation, de naissance, de maturité, de sénescence et de mort.

    (d) Elle détermine l'individualité et l'identité d'un organisme donné.

    (e) Il se duplique (se réplique pour former deux ADN filles) et transfère l'une des copies à la cellule fille pendant la division cellulaire, maintenant ainsi le matériel génétique de génération en génération.

    Emballage de l'ADN :

    Emballage de l'ADN dans les cellules :

    La longueur des molécules d'ADN existant dans une cellule particulière est beaucoup plus longue que les grandes dimensions de la cellule ou de l'organite où elles existent. La longueur du contour (c'est-à-dire sa longueur d'hélice) d'un ADN double brin peut être calculée à partir du poids moléculaire, en supposant que le poids moléculaire moyen de chaque paire de nucléotides est d'environ 650 Da et qu'il y a une paire de nucléotides pour chaque 0,36 nm du duplex .

    En conséquence, la longueur du plus petit ADN est de 1938,96 nm, appartenant à la ??Virus X174 (sous forme duplex), dont la dimension longue des particules est de 25 nm. D'autre part, la longueur totale du contour de l'ADN entier dans une seule cellule humaine est d'environ 2 mètres et le noyau de la cellule n'a que 5 à 10 nm de diamètre. Ces longues molécules d'ADN sont très compactées, de manière à s'insérer dans la cellule.

    Cet emballage est possible en raison du fait que l'ADN s'enroule davantage de différentes manières. L'ADN linéaire à double hélice appelé ADN relaxé, se plie ou se tord sur son propre axe, ce qui est appelé ADN enroulé. Cet ADN enroulé s'enroule davantage sur lui-même pour former la superbobine d'ADN, tout comme le fil du cordon téléphonique de la base du téléphone au récepteur.

    Le degré de superenroulement de l'ADN dépend du type de cellule/organelle à emballer et est enroulé de telle manière que l'ADN puisse être facilement accessible aux enzymes/protéines pour toutes ses fonctions telles que la réplication et la transcription.

    Il y a des possibilités de deux types de superenroulement d'ADN :

    (a) Solénoïde, dans lequel l'ADN s'enroule de manière sphérique sur lui-même et

    (b) Plectonémique, dans lequel l'ADN se replie sur sa longueur inverse sous la forme de plis. En outre, le superenroulement et l'emballage de l'ADN diffèrent chez les procaryotes (c'est-à-dire ceux qui n'ont pas de véritable enveloppe nucléaire) et chez les eucaryotes (c'est-à-dire ceux qui ont une membrane nucléaire).

    (une) Emballage de l'ADN viral :

    Bien que l'ADN viral soit beaucoup plus petit qu'un ADN bactérien ou eucaryote, sa longueur de contour est beaucoup plus grande que les grandes dimensions de la particule virale dans laquelle ils se trouvent. L'ADN du bactériophage T2 est 3500 fois son diamètre de particule. Les dimensions longues des différentes particules virales/la longueur du contour de leurs ADN respectivement en nanomètres sont T2-210/65520 Lamdaphage-190/17460 Ti-78/14376 et φX174 (sous forme duplex)-25/1938. Afin de s'emballer à l'intérieur de la particule, la plupart de ces ADN viraux sont liés de manière covalente par les extrémités et, par conséquent, forment une ceinture sans fin et deviennent ainsi circulaires. Une partie de l'ADN simple brin (φX174) devient double brin et circulaire.

    (b) Conditionnement de l'ADN bactérien :

    La longueur de la cellule E. coli est de 2 micromètres et sa molécule d'ADN complète (la molécule d'ADN complète d'un organisme est appelée le chromosome) est de 1,7 mm de long, qui existe sous la forme d'une molécule circulaire double brin fermée de manière covalente, enroulée et emballé dans le nucléon de la cellule.

    Ce chromosome circulaire est organisé en une structure semblable à un échafaudage, qui replie le chromosome en domaines bouclés. Ces domaines sont en outre enroulés autour de certaines protéines basiques, appelées protéines Hu (Mw = 10 000). En plus de l'ADN nucléosomique, la bactérie contient quelques petits plasmides d'ADN non chromosomique superenroulés circulaires.

    (c) Organisation et conditionnement de l'ADN eucaryote :

    Tout l'ADN chromosomique d'une cellule eucaryote est intégré dans un organite cellulaire membraneux appelé noyau. L'ADN eucaryote, dans le noyau est linéaire et non circulaire. Dans la cellule au repos qui ne se divise pas, tout l'ADN de la cellule forme un fin réseau filamenteux dans le noyau appelé chromatine. Au cours de la division cellulaire, le réseau de la chromatine est subdivisé en nombre défini et en chromosomes formés, leur nombre diploïde (paires) dépend de l'espèce d'organisme.

    Le nombre normal de chromosomes chez l'homme est de 46 (23 paires). Chaque chromosome a un axe central appelé centromère, à partir duquel deux bras d'ADN se projettent et chacun est appelé chromatide. Chaque chromosome diffère en taille et en forme au sein d'un organisme donné.

    L'ADN de cellule humaine eucaryote de 2 mètres de long doit être emballé dans une cellule d'environ 5 à 10 micromètres de diamètre. Afin de faciliter son conditionnement, la molécule d'ADN hélicoïdale est liée étroitement autour de billes de protéines basiques appelées histones, qui sont espacées à intervalles réguliers. Les complexes d'histones et d'ADN sont appelés nucléosomes. Chaque nucléosome contient huit molécules d'histone, deux copies chacune de H2A, H2B, H3 et H4 enrouler 146 paires de bases d'ADN.

    Entre les deux nucléosomes, il y a un ADN espaceur de 54 paires de bases avec une seule molécule d'histone (H1). Enrouler l'ADN autour d'un nucléosome le compacte à environ sept fois. Ces nucléosomes sont organisés très proches les uns des autres pour former une structure, simplement appelée fibre de 30 nm. Cela fournit un compactage 100 fois de l'ADN. La fibre de 30 nm forme alors des plis plétonémiques, appelés boucles.

    Six de ces boucles sont délimitées par un échafaudage attaché à des protéines (histone-H1/topoisomérase-II) pour donner naissance à un amas de boucles appelé rosette. 30 de ces rosettes se regroupent pour former une seule bobine, 10 de ces bobines (comme un cordon téléphonique) forment une chromatide et les deux chromatides sont liées entre elles par une séquence de bases hautement répétitive riche en paires de bases AT appelées ADN satellite, qui est le centromère. Deux chromatides avec un centromère forment un chromosome.

    Propriétés physiques de l'ADN:

    (a) Dénaturation :

    Lorsque l'ADN est soumis à des pH extrêmes ou à des températures supérieures à 80 à 90 degrés centigrades, il se dénature et la structure en double hélice se déplie en raison de la rupture des liaisons hydrogène entre les bases et des interactions hydrophobes des bases. Enfin, les deux brins se séparent complètement l'un de l'autre. C'est la fusion de l'ADN. La température à laquelle un ADN donné est dénaturé à environ 50 % est connue sous le nom de TM.

    Différents ADN fondent à différentes températures, ce qui dépend de la teneur en G C de cet ADN. Plus la teneur en G ≡ C est élevée, plus la température de fusion (TM) et vice versa. Lorsque la température ou le pH est lentement ramené à la plage biologique normale, les deux brins se rembobinent ou se recuit automatiquement et forment à nouveau la même structure en double hélice. Si la température est soudainement refroidie, les deux brins restent séparés et existent sous forme de brins simples.

    (b) Densité de flottabilité :

    Lorsque l'ADN est centrifugé à grande vitesse dans une solution concentrée de chlorure de césium (CsCI), le CsCl formera un gradient de densité (croissant) et l'ADN restera stationnaire ou flottant à un point du tube où sa densité est égale à la densité de CsCI à ce point. Un ADN différent aura des densités différentes, qui dépendent à nouveau de la teneur en GsC de cet ADN. Plus la teneur en G = C est élevée, plus la densité de flottabilité de cet ADN est élevée et vice versa.

    La mesure de ces deux caractères, à savoir la température de fusion et la densité de flottabilité, nous permettra de calculer les proportions de paires G C et A = T dans cet ADN, ce qui aide indirectement à déduire la séquence du gène.


    ADN : types, structure et fonction de l'ADN

    Les acides nucléiques ont été isolés pour la première fois par Friedrich Miescher (1869) à partir de cellules de pus.

    Ils ont été nommés nucléine. Hertwig (1884) a proposé que la nucléine soit porteuse de traits héréditaires. En raison de leur nature acide, ils ont été nommés acides nucléiniques puis acides nucléiques (Altmann, 1899).

    Fisher (années 1880) a découvert la présence de bases puriques et pyrimidiques dans les acides nucléiques. Levene (1910) a découvert que l'acide nucléique désoxyribose contenait de l'acide phosphorique ainsi que du sucre désoxyribose.

    Il a caractérisé quatre types de nucléotides présents dans l'ADN. En 1950, Chargaff a découvert que la teneur en purine et en pyrimidine de l'ADN était égale. À cette époque, W.T. Astbury avait découvert par diffraction des rayons X que l'ADN est un polynucléotide avec des nucléotides disposés perpendiculairement au grand axe de la molécule et séparés les uns des autres par une distance de 0,34 nm.

    En 1953, Wilkins et Franklin ont obtenu de très belles photographies d'ADN aux rayons X. Les photographies ont montré que l'ADN était une hélice d'une largeur de 2,0 nm. Un tour de l'hélice était de 3,4 nm avec 10 couches de bases empilées. Watson et Crick (1953) ont élaboré le premier modèle correct de double hélice à partir des photographies aux rayons X de Wilkins et Franklin. Wilkins, Watson et Crick ont ​​reçu le prix Nobel pour le même en 1962.

    Watson et Crick (1953) ont construit un modèle moléculaire 3D de l'ADN qui satisfaisait à tous les détails obtenus à partir de photographies aux rayons X. Ils ont proposé que l'ADN consistait en une double hélice avec deux chaînes ayant du phosphate de sucre à l'extérieur et des bases azotées à l'intérieur.

    Les bases azotées des deux chaînes formaient des paires complémentaires avec la purine de l'une et la pyrimidine de l'autre maintenues ensemble par des liaisons hydrogène (A-T, C-G). L'appariement de bases complémentaires entre les deux chaînes polynucléotidiques est considéré comme la marque de fabrique de leur proposition. C'est bien sûr basé sur les premières découvertes de Chargaff que A = T et С = G Leur deuxième grande proposition était que les deux chaînes sont antiparallèles avec une orientation 5’→ 3′ de l'une et У → 5’orientation de l'autre.

    Les deux chaînes sont torsadées en hélice comme une échelle de corde avec des marches rigides torsadées en spirale. Chaque tour de la spirale contient 10 nucléotides. Ce modèle d'ADN à double hélice ou duplex avec des chaînes polynucléotidiques antiparallèles ayant des bases complémentaires a un mécanisme implicite de réplication et de copie.

    Ici, les deux chaînes polynucléotidiques fonctionnent comme des matrices formant deux doubles hélices, chacune avec une chaîne mère et un brin nouveau mais complémentaire. Le phénomène est appelé réplication semi-conservatrice. La synthèse in vitro de l'ADN a été réalisée par Kornberg en 1959.

    Types d'ADN :

    Le modèle de duplex d'ADN proposé par Watson et Crick est une spirale à droite et est appelé B-DNA (Balanced DNA). Dans le modèle, les paires de bases se trouvent presque à angle droit par rapport à l'axe de l'hélice (Fig. 6.5 D). Un autre modèle duplex pour droitier est l'ADN-A (ADN alternatif). Ici, un seul tour d'hélice a 11 paires de bases.

    Les paires de bases se trouvent à 20° de la perpendiculaire à l'axe. L'ADN-C a 9 paires de bases par tour de spirale alors que dans l'ADN-D, le nombre n'est que de 8 paires de bases. Les deux sont droitiers.L'ADN Z (ADN en zigzag) est une double hélice gauche avec un squelette en zigzag, des bases purines et pyrimidiques alternées, un seul tour de 45 A de longueur avec 12 paires de bases et un seul sillon.

    L'ADN-B est plus hydraté et l'ADN le plus fréquemment trouvé dans les cellules vivantes. C'est une forme physiologiquement et biologiquement active. Cependant, il peut se transformer en d'autres formes. L'ADN droitier est connu pour changer temporairement dans la forme gaucher au moins pour une courte distance. De tels changements peuvent provoquer des changements dans l'expression des gènes.

    Circulaire et ADN linéaire :

    Chez de nombreux procaryotes, les deux extrémités d'un duplex d'ADN sont liées de manière covalente pour former un ADN circulaire. L'ADN circulaire est nu, c'est-à-dire sans association avec les protéines histones, bien que des polyamines soient présentes. Dans l'ADN linéaire, les deux extrémités sont libres. On le trouve dans les noyaux eucaryotes où il est associé aux protéines histones.

    L'ADN linéaire, sans association avec les protéines histones, se produit également chez certains procaryotes, par exemple Mycoplasma. Dans les organites cellulaires semi-autonomes (mitochondries, plastes), l'ADN est circulaire, moins souvent linéaire. Il est toujours nu.

    Règles de Chargaff :

    Chargaff (1950) a fait des observations sur les bases et autres composants de l'ADN. Ces observations ou généralisations sont appelées règle d'équivalence de base de Chargaff.

    (i) Les paires de bases purine et pyrimidine sont en quantité égale, c'est-à-dire adénine + guanine = thymine + cytosine. [A + G] = [T + C], c'est-à-dire [A+G] / [T+C] = 1

    (ii) La quantité molaire d'adénine est toujours égale à la quantité molaire de thymine. De même, la concentration molaire de guanine est égalée par la concentration molaire de cytosine.

    [A] = [T], c'est-à-dire [A] / [T] = 1 [G] = [C], c'est-à-dire [G] / [C] = 1

    (iii) Le sucre désoxyribose et le phosphate sont présents dans des proportions équimolaires.

    (iv) Les paires de bases A-T sont rarement égales aux paires de bases -G.

    (v) Le rapport [A+T] / [G+C] est variable mais constant pour une espèce (tableau 6.2). Il peut être utilisé pour identifier la source de l'ADN. Le rapport est faible chez les organismes primitifs et plus élevé chez les organismes avancés.

    Tableau 6.2. Composition de base de l'ADN de diverses sources :

    Espèce UNE g ?? T A+T/C+G
    1. L'homme 30.4 19.0 19.9 30.1 1.55
    2. Veau 29.0 21.2 21.2 28.5 1.35
    3. Germe de blé 28.1 21.8 22.7 27.4 1.25
    4. Pois 30.8 19.2 18.5 30.5 1.62
    5. Euglena 22.6 27.7 25.8 24.4 0.88
    6 Escherichia coli 24.7 26.0 25.7 23.6 0.93

    Structure de l'ADN :

    L'ADN ou acide désoxyribonucléique est une macromolécule polydésoxyribonucléotidique à double chaîne hélicoïdale qui constitue le matériel génétique de tous les organismes à l'exception des rhinovirus. Chez les procaryotes, il se produit dans les nucléoïdes et les plasmides. Cet ADN est généralement circulaire. Chez les eucaryotes, la majeure partie de l'ADN se trouve dans la chromatine du noyau.

    C'est linéaire. De plus petites quantités d'ADN circulaire double brin se trouvent dans les mitochondries et les plastes (ADN organite). Des ADN de petite taille se produisent dans les virus, le bactériophage x 174 a 5386 nucléotides. Le bactériophage lambda (Phage X) possède 48502 paires de bases (pb) alors que le nombre de paires de bases chez Escherichia coli est de 4,6 x 10 6 . Un seul génome (ensemble haploïde de 23 chromosomes) a environ 3,3 x 10 9 pb chez l'être humain. L'ADN simple brin est présent comme matériel génétique dans certains virus (par exemple, phage x 174, coliphage fd, M13). L'ADN est la plus grande macromolécule avec un diamètre de 2 nm (20Å ou 2 x 10 -9 m) et ayant souvent 3 longueurs en millimètres.

    Il 15 chargé négativement en raison de groupes phosphate. C'est un polymère à longue chaîne de généralement plusieurs centaines de milliers de désoxyribonucléotides. Une molécule d'ADN a deux brins complémentaires non ramifiés. Ils sont enroulés en spirale. Les deux brins d'ADN en spirale sont collectivement appelés duplex d'ADN (Fig. 6.5).

    Les deux brins ne sont pas enroulés l'un sur l'autre mais l'ensemble du double brin (duplex d'ADN) est enroulé sur lui-même autour d'un axe commun comme un escalier en corde avec des marches solides torsadées en spirale. En raison de la torsion en spirale, le duplex d'ADN a deux types de sillons alternés, majeurs (22 ) et mineurs (12 Å).

    Dans l'ADN-B, un tour de la spirale a environ 10 nucléotides sur chaque brin d'ADN. Il occupe une distance d'environ 3,4 nm (34 Å ou 3,4吆 -9 m) de sorte que les nucléotides adjacents ou leurs bases sont séparés par un espace d'environ 0,34 nm (0,34吆 -9 m ou 3,4 Å).

    Un désoxyribonucléotide de l'ADN est formé par la réticulation de trois produits chimiques, l'acide ortho- phosphorique (H3Bon de commande4), le sucre désoxyribose (C5H10O4) et une base azotée. Quatre types de bases azotées sont présentes dans l'ADN. Ils appartiennent à deux groupes, les purines (cycles doubles à 9 chaînons avec de l'azote aux positions 1,3,7 et 9) et les pyrimidines (cycles à six chaînons avec de l'azote aux positions 1 et 3). L'ADN possède deux types de purines (adénine ou A et guanine ou G) et deux types de pyrimidines (cytosine ou et thymine ou T).

    Selon le type de base azotée, l'ADN a quatre types de désoxyribonucléotides : désoxy adénosine 5-monophosphate (d AMP), désoxy guaninosine 5-monophosphate (d GMP), désoxy thymidine 5-monophosphate (d TMP) et désoxy cytidine 5- monophosphate (d CMP).

    La colonne vertébrale d'une chaîne ou d'un brin d'ADN est constituée de groupes alternés de sucre désoxyribose et d'acide phosphorique. Le groupe phosphate est connecté au carbone 5 & 8242 du résidu de sucre de son propre nucléotide et au carbone du résidu de sucre du nucléotide suivant par (3 & 8216-5 & 8217) liaisons phosphodiester. -H de phosphate et -OH de sucre sont éliminés sous forme de H20 lors de chaque formation d'ester.

    Le groupe phosphate fournit de l'acidité aux acides nucléiques car au moins un de ses groupes latéraux est libre de se dissocier. Les bases azotées sont perpendiculaires à l'axe longitudinal des chaînes d'ADN. Ils sont attachés à l'atome de carbone 1 des sucres par des liaisons N-glycosidiques. La pyrimidine (C ou T) est liée au désoxyribose par son atome N en position 1, tandis qu'une purine (A ou G) le fait par son atome N en position 9.

    Les deux chaînes d'ADN sont antiparallèles, c'est-à-dire qu'elles sont parallèles mais dans des directions opposées. Dans une chaîne la direction est 5’→ У tandis que dans l'autre c'est 3′ →5′ (Fig. 6.5). Les deux chaînes sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène entre leurs bases. L'adénine (A), une purine d'une chaîne se trouve exactement en face de la thymine (T), une pyramidine de l'autre chaîne. De même, la cytosine (C, une pyrimidine) se trouve en face de la guanine (G une purine). Cela permet une sorte d'arrangement de serrure et de clé entre la purine de grande taille et la pyrimidine de petite taille.

    Elle est renforcée par l'apparition de liaisons hydrogène entre les deux. Trois liaisons hydrogène se produisent entre la cytosine et la guanine (C = G) aux positions 1'-1', 2'8242- 6'8242 et 6'8242-2'8242. Il existe deux liaisons hydrogène entre l'adénine et la thymine (A = T) qui se forment aux positions 1'-3 & 8242 et 6 & 8242-4 & 8242. Des liaisons hydrogène se produisent entre l'hydrogène d'une base et l'oxygène ou l'azote de l'autre base. Étant donné que des bases azotées spécifiques et différentes se trouvent sur les deux chaînes d'ADN, ces dernières sont complémentaires.

    Ainsi, la séquence de par exemple AAGCTCAG d'une chaîne aurait une séquence complémentaire de TTCGAGTC sur l'autre chaîne. En d'autres termes, les deux chaînes d'ADN ne sont pas identiques mais complémentaires l'une de l'autre. C'est à cause d'un appariement de bases spécifique avec une purine située en face d'une pyrimidine. Cela donne aux deux chaînes une épaisseur de 2 nm.

    Une paire de bases purine-purine le rendra plus épais tandis qu'une paire de bases pyrimidine-pyrimidine le rendra plus étroit que 2 nm. De plus, A et ou G et T ne s'apparient pas car ils ne parviennent pas à former des liaisons hydrogène entre eux. L'extrémité 5′ de chaque chaîne porte un radical phosphate tandis que l'extrémité 3′ possède un résidu de sucre (З’-ОН).

    Caractéristiques principales du modèle В de l'ADN de Watson et Crick :

    1. L'ADN est la plus grande biomolécule de la cellule.

    2. L'ADN est chargé négativement et dextrogyre.

    3. La configuration moléculaire de l'ADN est en 3D.

    4. L'ADN a deux chaînes polynucléotidiques.

    5. Les deux chaînes d'ADN ont une polarité antiparallèle, 5′ —> 3′ dans l'une et 3′ —> 5′ dans l'autre.

    6. Le squelette de chaque chaîne polynucléotidique est constitué de groupes sucre-phosphate alternés. Les bases azotées se projettent vers l'intérieur.

    7. Les bases azotées de deux chaînes polynucléotidiques forment des paires complémentaires, A opposé à T et С opposé à G.

    8. Une purine de grande taille vient toujours en face d'une pyrimidine de petite taille. Cela génère une distance uniforme entre deux brins d'hélice.

    9. L'adénine (A) d'une chaîne polynucléotidique est liée à la thymine (T) de la chaîne opposée par deux liaisons hydrogène. La cytosine (C) d'une chaîne est également liée à la guanine de l'autre chaîne par trois liaisons hydrogène.

    10. La double chaîne est enroulée de manière hélicoïdale. Le bobinage est droitier. Ce bobinage produit alternativement des rainures mineures et majeures.

    11. Le pas de l'hélice est de 3,4 nm (34 A) avec environ 10 paires de bases à chaque tour. La distance moyenne entre deux paires de bases adjacentes est d'environ 0,34 nm (0,34 x 10 -9 m ou 3,4 A).

    12. Les plans des paires de bases adjacentes sont empilés les uns sur les autres. Avec la liaison hydrogène, l'empilement confère une stabilité à la structure hélicoïdale.

    13. L'ADN est acide. Pour sa compaction, il a besoin de protéines basiques (histones). Les protéines histones sont très chargées et occupent les principaux sillons de l'ADN à un angle de 30° par rapport à l'axe de l'hélice.

    Les brins sens et antisens :

    Les deux brins d'ADN ne participent pas au contrôle de l'hérédité et du métabolisme. Un seul d'entre eux le fait. Le brin d'ADN qui sert de matrice pour la synthèse d'ARN est appelé brin matrice, brin moins (-) ou brin antisens.

    Son brin complémentaire est nommé brin non gabarit, plus brin (+), brin sens et brin codant. Ce dernier nom est donné parce que, par convention, le code génétique de l'ADN est écrit selon sa séquence.

    ADN non-modèle, Sense (+) ou brin de codage

    Modèle d'ADN, antisens ou non codant ou brin (-)

    L'ARN est transcrit sur le brin 3’→5′ (-) (matrice/antibrin) de l'ADN dans la direction 5 → 3.

    Le terme antisens est également utilisé dans une perspective plus large pour toute séquence ou brin d'ADN (ou ARN) qui est complémentaire de l'ARNm.

    Dénaturation et renaturation :

    Les liaisons H entre les bases azotées de deux brins d'ADN peuvent se rompre en raison d'une température élevée (82-90 °C) ou d'un pH faible ou élevé, de sorte que les deux brins se séparent l'un de l'autre. C'est ce qu'on appelle la dénaturation ou la fonte. Étant donné que la paire de bases A-T n'a que des liaisons 2H, la zone riche en paires de bases A-T peut subir une dénaturation facile (fusion). Ces zones sont appelées zones à bas point de fusion car elles se dénaturent à des températures relativement basses. La zone riche en paires de bases G-C (appelée zone de fusion élevée) est comparativement plus stable et dense car trois liaisons hydrogène relient les bases G-C.

    Ces zones ont une température de fusion élevée (Tm). En fondant, la viscosité de l'ADN diminue. L'ADN dénaturé a tendance à se réassocier, c'est-à-dire que les brins d'ADN séparés par fusion à 82-90°C peuvent se réassocier et former un duplex lors du refroidissement à une température de 65°C. C'est ce qu'on appelle la renaturation ou le recuit.

    Les brins d'ADN dénaturés ou séparés absorbent plus d'énergie lumineuse que le double brin d'ADN intact. L'absorption accrue d'énergie lumineuse par des brins d'ADN séparés ou dénaturés est appelée effet hyperchromatique. L'effet est utilisé pour savoir si l'ADN est simple ou double brin.

    Le duplex d'ADN possède des zones où la séquence de nucléotides est la même mais opposée dans les deux brins. Ces séquences sont reconnues par les endonucléases de restriction et sont utilisées en génie génétique. La séquence de bases donnée ci-dessous dans un brin (3′ → 5′) est GAATTC. Il en est de même dans l'autre volet lorsqu'il est lu dans le sens 5′ → 3′. Il est similaire aux mots palindromes ayant les mêmes mots dans le sens avant et arrière, par exemple, NITIN, MALAYALAM.

    C'est l'ADN ayant de multiples copies de séquences identiques de bases azotées. Le nombre de copies d'une même séquence de bases varie de quelques à plusieurs millions. L'ADN ayant une seule copie des séquences de bases est appelé ADN unique. Il est constitué de gènes fonctionnels. Les gènes d'ARNr sont cependant répétés plusieurs fois. L'ADN répétitif peut se produire en tandem ou entrecoupé de séquences uniques.

    Il est de deux types, hautement répétitif et modérément répétitif. L'ADN hautement répétitif est constitué de courtes séquences de moins de 10 paires de bases qui sont répétées des millions de fois. Ils se produisent dans les régions préentromériques, les régions hétérochromatiques des chromosomes Y et les régions satellites. L'ADN modérément répétitif se compose de quelques centaines de paires de bases répétées au moins 1000 fois. Il se produit dans les télomères, les centromères et les transposons.

    Les séquences répétées en tandem sont particulièrement susceptibles de subir des désalignements lors de l'appariement des chromosomes, et donc la taille des grappes en tandem a tendance à être très polymorphe, avec de grandes variations entre les individus. Des grappes plus petites de telles séquences peuvent être utilisées pour caractériser des génomes individuels dans la technique de « l'empreinte digitale de l'ADN ».

    C'est cette partie de l'ADN répétitif qui a de longues séquences nucléotidiques répétitives en tandem qui forme une fraction séparée lors de l'ultracentrifugation de densité. Selon le nombre de paires de bases impliquées dans les régions répétées, l'ADN satellite est de deux types, des séquences microsatellites (1 à 6 pb d'unités répétées flanquées de séquences conservées) et des séquences minisatellites (11 à 60 pb flanquées de sites de restriction conservés). Ces derniers sont hyper variables et sont spécifiques à chaque individu. Ils sont utilisés pour l'appariement de l'ADN ou l'empreinte digitale, comme l'ont découvert Jeffreys et al (1985).

    L'arrangement des bases azotées de l'ADN (et de son ARNm produit) détermine la séquence des groupes d'acides aminés dans les polypeptides ou les protéines formés sur les ribosomes. Un acide aminé est spécifié par la séquence de trois bases azotées adjacentes. Ce dernier est appelé codon. Le segment d'ADN qui détermine la synthèse du polypeptide complet est connu sous le nom de cistron.

    Chez les procaryotes, un cistron a une séquence codante continue du début à la fin. Chez les eucaryotes, un cistron contient des régions non codantes qui ne produisent pas de partie du produit génique. Ils sont appelés introns. Les introns sont souvent variables. Les parties codantes sont appelées exons. Les cistrons ayant des introns sont appelés gènes divisés.

    ADN codant et non codant :

    Selon la capacité à former des produits fonctionnels ou non fonctionnels, l'ADN a deux types de segments, codants et non codants. Chez les eucaryotes, une plus grande partie de l'ADN est non codante car il ne forme aucun produit fonctionnel. Ils possèdent souvent des séquences répétées ou un ADN répétitif. La plupart d'entre eux ont des postes fixes.

    Certains peuvent se déplacer d'un endroit à un autre. Les séquences mobiles sont appelées gènes sauteurs ou transposons. Chez les procaryotes, la quantité d'ADN non codant ou non fonctionnel est faible. L'ADN codant consiste en des séquences d'ADN codantes. Celles-ci sont de 2 types - les séquences codant pour les protéines codant pour toutes les protéines, à l'exception des séquences codant pour les histones et les non-protéines pour l'ARNt, l'ARNr et les histones.

    Fonctions de l'ADN:

    1. Informations génétiques (empreinte bleue génétique) :

    L'ADN est le matériel génétique qui porte toutes les informations héréditaires. L'information génétique est codée dans l'arrangement de ses bases azotées.

    L'ADN a une propriété unique de réplication ou de production de copies carbone (fonction autocatalytique). Ceci est essentiel pour le transfert de l'information génétique d'une cellule à ses filles et d'une génération à l'autre.

    L'ADN se trouve à l'intérieur des chromosomes. Ceci est essentiel pour une distribution équitable de l'ADN pendant la division cellulaire.

    Au cours de la méiose, le croisement donne lieu à une nouvelle combinaison de gènes appelée recombinaisons.

    Les changements dans la séquence des bases azotées dus à une addition, une délétion ou une mauvaise réplication donnent lieu à des mutations. Les mutations sont la source de toutes les variations et évolutions.

    L'ADN donne naissance à des ARN par le processus de transcription. C'est l'activité hétérocatalytique de l'ADN.

    7. Métabolisme cellulaire :

    Il contrôle les réactions métaboliques des cellules à l'aide d'ARN spécifiques, de la synthèse de protéines, d'enzymes et d'hormones spécifiques.

    En raison du fonctionnement différentiel de certaines régions spécifiques de l'ADN ou des gènes, différentes parties des organismes se différencient par leur forme, leur taille et leurs fonctions.

    L'ADN contrôle le développement d'un organisme grâce au fonctionnement d'une horloge génétique interne avec ou sans l'aide d'informations extrinsèques.

    10. Empreinte digitale d'ADN :

    Les séquences d'ADN microsatellites hypervariables de chaque individu sont distinctes. Ils sont utilisés pour identifier les individus et décrypter leurs relations. Le mécanisme est appelé empreinte digitale d'ADN.

    L'hérédité défectueuse peut être rectifiée en incorporant des gènes corrects à la place de ceux défectueux.

    Une disponibilité excessive d'ARN anti-mARN ou d'ARN antisens ne permettra pas aux gènes pathogènes de s'exprimer. Par cette technique, l'échec de l'angioplastie a été vérifié. Une modification de cette technique est l'interférence ARN (ARNi).