Systèmes de réparation de l'ADN

 

          La réparation de l'ADN est un ensemble de processus par lesquels une cellule identifie et corrige les dommages aux molécules d'ADN.

Molécule d'ADN normale

 

 

 

 

 

Molécule d'ADN en double hélice (deux brins) sans cassure, avec ses nucléotides (Thymine, Adénine, Cytosine, Guanine), ses bases (sucre, phosphate) et ses liaisions entre brins (d'hydrogène)

 

 

 

 

 

 

          Dans les cellules, l'acide désoxyribonucléique (ADN) est soumis continuellement à des activités métaboliques normales et à des facteurs environnementaux (qui sont le plus souvent de nature chimique comme les radicaux libres de l'oxygène ou physique, comme les rayonnements ionisants) portant atteinte à son intégrité. On estime entre mille et plus d'un million le nombre de lésions par cellule et par jour. Beaucoup de ces lésions provoquent de tels dommages que la cellule elle même ne pourrait se reproduire ou donnerait naissance à des cellules-filles non viables si différents processus de réparation n'intervenaient pas.

          La vitesse et le taux de réparation de l'ADN dépendent de nombreux facteurs, comme le type et l'âge de la cellule ainsi que de l'environnement extracellulaire. Une cellule qui a accumulé une grande quantité de dommages à son ADN, ou une cellule qui n'est plus capable d'effectuer efficacement les réparations des dommages subis par son ADN, peut entrer dans l'un des trois états suivants:

     * un état de dormance irréversible, connu sous le nom de sénescence

     * une mort par suicide cellulaire, également connu sous le nom d'apoptose ou mort cellulaire programmée

     * une division cellulaire non contrôlée qui va conduire à la formation d'une tumeur cancéreuse.

         La capacité de réparation de l'ADN d'une cellule est essentielle à l'intégrité de son génome (ensemble du code génétique d'un individu ou d'une espèce) et, donc, à son fonctionnement normal et à celui de l'organisme.

         Des systèmes de réparations performants sont donc prévus par l'organisme, car des lésions de l'ADN surviennent constamment au cours de la vie cellulaire (3000 cassures simples brin/jours/cellule et 1% se transforme en cassures de double brin détruisant alors l'intégralité du chromosome). Des mécanismes de réparation sont donc mis en place très rapidement, permettant aux effets de ne pas être visibles, dans l'immense majorité des cas.

 

         Il existe différents systèmes de réparations en fonction des modifications chimiques  (des bases azotées de l'ADN, des cassures simple brin de l'ADN, des pontages intrabrins et interbrins, des cassures double brin de l'ADN). La cellule a développé des systèmes complexes lui permettant de sonder son ADN et, si nécessaire, de le réparer:

               * La réparation directe de la lésion

Réparation par excision

 

 

               * La réparation par excision (retrait) de base (voir ci-joint à droite)

 

               * La réparation par excision de nucléotides (voir ci-joint à droite)

 

Recombinaison homologue entre chromosomes

 

 

 

               * La Réparation par recombinaison homologue (voir schéma)

 

 

 

 

 

 

 

 

          Chaque cellule dispose de plusieurs "sondes" lui permettant de détecter les dommages de l'ADN. Ce sont des protéines (comme : glycosylase, PARP1, XPC, MRN, ATM et RPA) qui vont être capables de détecter précisément les différentes altérations susceptibles de se produire sur l'ADN. Chaque système de réparation utilise ses sondes spécifiques, qui reconnaissent et se fixent à des structures anormales présentes au sein de l'ADN.

         Avant d'être réparés, les composants altérés de l'ADN doivent être retirés, ainsi que les quelques nucléotides dégradés sur l'un des brins lors d'une cassure de l'ADN. Pour ces différents processus, la cellule fait appel à des enzymes recrutées par les sondes de détection des cassures (qui ont marqué l'ADN) afin de permettre la réparation en éliminant des structures anormales ou des nucléotides.

       Une fois les éléments abîmés enlevés ou après dégradation d'un des deux brins, la cellule synthétise un nouveau brin d'ADN grâce à une ADN polymérase en se servant comme matrice du simple brin restant c'est-à-dire à partir de la séquence d'ADN du brin non altéré. Et une fois l'ADN abîmé remplacé par le nouveau, une ligase (enzyme qui catalyse la jonction de deux molécules) permet de suturer le dernier nucléotide synthétisé par l'ADN polymérase au premier nucléotide conservé du brin d'ADN initial.

      Ainsi, lorsque des radiations ionisantes comme les rayons X endomagent l'ADN, dans la plupart des cas, les système de réparations sont mis en place et interviennent à temps pour restaurer la molécule, mais une dose de 1 Sv détermine 1000 cassures simple brin et 40 double brin par jour par cellule et dans environ une cellule sur trois, des erreurs surviennent au cours de la duplication des molécules d'ADN. Les rayons X modifient donc parfois les cellules et l’ADN en ne permettant la réparation rapide de celles-ci du fait que les cassures soient très nombreuses.

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