Comment réparer l'ADN endommagé

L'ADN cellulaire subit des dommages à la fois par des processus exogènes et endogènes. Généralement, le génome humain peut subir des millions de dommages par jour. Les modifications du génome entraînent des erreurs d'expression génique, produisant des protéines à structure modifiée. Les protéines jouent un rôle majeur dans la cellule en impliquant les fonctions cellulaires et la signalisation cellulaire. Par conséquent, les dommages causés à l'ADN peuvent causer des protéines non fonctionnelles pouvant mener au cancer. De plus, les changements dans le génome peuvent passer à la génération de cellules suivante, devenant des changements permanents connus sous le nom de mutations. Par conséquent, il est essentiel de réparer les dommages causés à l'ADN et un certain nombre de mécanismes cellulaires sont impliqués dans ce processus. Certains de ces mécanismes de réparation incluent la réparation par excision de base, la réparation par excision de nucléotide et la réparation par rupture de double brin..

Zones clés couvertes

1. Que sont les dommages à l'ADN?
     - Définition, causes, types
2. Comment réparer l'ADN endommagé
     - Mécanismes de réparation des dommages
3. Que se passe-t-il si les dommages à l'ADN ne sont pas réparés?
     - Réponses cellulaires pour l'ADN cellulaire endommagé

Termes clés: inversion directe des bases, dommages à l'ADN, réparation des dommages causés par un double brin, facteurs endogènes, facteurs exogènes, réparation des dommages par un seul brin

Que sont les dommages à l'ADN?

Les dommages causés à l'ADN sont les modifications de la structure chimique de l'ADN, notamment la base manquante dans le squelette de l'ADN, les bases modifiées chimiquement ou les cassures à double brin. Les facteurs environnementaux (facteurs exogènes) et les sources cellulaires, tels que les processus métaboliques internes (facteurs endogènes), endommagent l'ADN. L’ADN cassé est montré dans Figure 1.

Figure 1: ADN cassé

Causes: Facteurs exogènes

Les facteurs exogènes peuvent être des mutagènes physiques ou chimiques. Les mutagènes physiques sont principalement les rayons UV qui génèrent des radicaux libres. Les radicaux libres provoquent des cassures à un brin et à deux brins. Les mutagènes chimiques tels que les groupes alkyle et les composés à la moutarde à l'azote se lient de manière covalente aux bases de l'ADN. 

Causes: Facteurs endogènes

Les réactions biochimiques de la cellule peuvent également digérer partiellement ou complètement les bases de l'ADN. Certaines des réactions biochimiques qui modifient la structure chimique de l'ADN sont décrites ci-dessous..

• Dépurination - La dépurination est la décomposition spontanée des bases puriques du brin d'ADN..
• Dépyrimidination - La dépyrimidination est la décomposition spontanée des bases pyrimidiques du brin d'ADN.. 
• Désamination - La désamination désigne la perte de groupes amine à partir de bases adénine, guanine et cytosine..
• Méthylation de l'ADN - La méthylation de l'ADN est l'addition d'un groupe alkyle à la base cytosine dans les sites CpG. (La cytosine est suivie par la guanine).

Comment réparer l'ADN endommagé

Différents types de mécanismes cellulaires sont impliqués dans la réparation des dommages causés à l'ADN. Les mécanismes de réparation des dommages à l'ADN se produisent à trois niveaux; inversion directe, réparation des dommages sur un brin et réparation des dommages sur un double brin.

Inversion directe

Lors de l'inversion directe des dommages à l'ADN, la plupart des modifications des paires de bases sont chimiquement inversées. Certains mécanismes d’inversion directe sont décrits ci-dessous.

1. Photoréactivation - Les UV provoquent la formation de dimères de pyrimidine entre des bases de pyrimidine adjacentes. La photoréactivation est l'inversion directe des dimères de pyrimidine par l'action de la photolyase. Les dimères de pyrimidine sont montrés dans Figure 2.

Figure 2: Dimères de pyrimidine

2. MGMT - Les groupes alkyle sont éliminés des bases par la méthylguanine méthyltransférase (MGMT).

Réparation des dommages sur un seul brin

La réparation des dommages sur un brin est impliquée dans la réparation des dommages dans l'un des brins d'ADN dans le double brin d'ADN. La réparation par excision de base et la réparation par excision de nucléotide sont les deux mécanismes impliqués dans la réparation des lésions à un brin.

1. Réparation base excision (BER) - Dans la réparation par excision de base, les modifications d'un seul nucléotide sont clivées du brin d'ADN par la glycosylase et l'ADN polymérase synthétise la base correcte. La réparation de l'excision de base est montrée dans figure 3.

Figure 3: BER

2. Réparation par excision de nucléotides (NER) - La réparation par excision de nucléotide est impliquée dans la réparation de distorsions dans l'ADN telles que les dimères de pyrimidine. Des endonucléases éliminent 12-24 bases du site des dommages et l'ADN polymérase synthétise les nucléotides appropriés.

Réparation des dommages à double brin

Les dommages à double brin peuvent conduire à un réarrangement des chromosomes. La jonction d'extrémité non homologue (NHEJ) et la recombinaison homologue sont les deux types de mécanismes impliqués dans la réparation des dommages à double brin. Les mécanismes de réparation des dommages à double brin sont illustrés dans figure 4.

Figure 4: NHEJ et HR

1. Jonction d'extrémité non homologue (NHEJ) - L'ADN ligase IV et un cofacteur connu sous le nom de XRCC4 maintiennent les deux extrémités du brin cassé et rejoignent les extrémités. Le NHEJ s’appuie sur les petites séquences homologues pour détecter les extrémités compatibles lors du regroupement.
2. Recombinaison homologue (HR) - La recombinaison homologue utilise des régions identiques ou presque identiques en tant que matrice pour la réparation. Par conséquent, les séquences des chromosomes homologues sont utilisées lors de cette réparation..

Que se passe-t-il si les dommages à l'ADN ne sont pas réparés?

Si les cellules perdent leur capacité à réparer les dommages causés à l'ADN, trois types de réponses cellulaires peuvent se produire dans les cellules contenant de l'ADN cellulaire endommagé..

1. Sénescence ou vieillissement biologique - la détérioration progressive des fonctions des cellules
2. Apoptose - Des dommages à l'ADN peuvent déclencher des cascades cellulaires d'apoptose
3. Tumeur maligne - développement de caractéristiques immortelles telles que la prolifération cellulaire incontrôlée conduisant au cancer.

Conclusion

Les facteurs exogènes et endogènes provoquent des dommages à l'ADN qui sont facilement réparés par les mécanismes cellulaires. Trois types de mécanismes cellulaires sont impliqués dans la réparation des dommages à l'ADN. Ce sont l'inversion directe des bases, la réparation des dommages sur un brin et la réparation des dommages sur un double brin.

Courtoisie d'image:

1. “Brokechromo” (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “ADN avec dimère de cyclobutane pyrimidine” Par J3D3 - Travail personnel (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
3. “Réparation de la base de réparation de l'adn” par LadyofHats - (Domaine Publique) via Commons Wikimedia
4. «1756-8935-5-4-3-l» de Hannes Lans, Jurgen A. Marteijn et Wim Vermeulen - BioMed Central (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia