L'ADN cellulaire est soumis à des dommages par des processus à la fois exogènes et endogènes. Généralement, le génome humain peut subir des millions de dommages par jour. Les changements dans le génome provoquent des erreurs dans l'expression des gènes, produisant des protéines aux structures altérées. Les protéines jouent un rôle majeur à l'intérieur de la cellule en participant aux fonctions cellulaires et à la signalisation cellulaire. Par conséquent, les dommages à l'ADN peuvent provoquer des protéines non fonctionnelles qui conduisent finalement à des cancers. De plus, les changements dans le génome peuvent passer à la génération cellulaire suivante, devenant des changements permanents appelés mutations. Par conséquent, il est essentiel de réparer les dommages à l'ADN, et un certain nombre de mécanismes cellulaires sont impliqués dans ce processus. Certains de ces mécanismes de réparation comprennent la réparation par excision de base, la réparation par excision de nucléotides et la réparation de cassure double brin.

Domaines clés couverts

1. Que sont les dommages à l'ADN - Définition, causes, types 2. Comment l'ADN endommagé peut-il être réparé – 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 à double brin, facteurs endogènes, facteurs exogènes, réparation des dommages à un seul brin

Que sont les dommages à l'ADN

Les dommages à l'ADN sont les altérations de la structure chimique de l'ADN, y compris la base manquante du squelette de l'ADN, les bases chimiquement modifiées ou les cassures double brin. Les raisons environnementales (facteurs exogènes) et les sources cellulaires telles que les processus métaboliques internes (facteurs endogènes) endommagent l'ADN. L'ADN brisé est montré dans Figure 1.

Figure 1: ADN brisé

Causes: Facteurs exogènes

Les facteurs exogènes peuvent être des mutagènes physiques ou chimiques. Les mutagènes physiques sont principalement les rayonnements UV qui génèrent des radicaux libres. Les radicaux libres provoquent à la fois des cassures simple brin et double brin. Les mutagènes chimiques tels que les groupes alkyle et les composés de moutarde azotée se lient de manière covalente aux bases d'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.

Comment l'ADN endommagé peut-il être réparé

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

Inversion directe

Lors de l'inversion directe des dommages à l'ADN, la plupart des changements dans les paires de bases sont chimiquement inversés. Certains mécanismes d'inversion directe sont décrits ci-dessous.

1. Photoréactivation – Les UV provoquent la formation de dimères pyrimidiques entre les bases pyrimidiques 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

1. MGMT – Les groupes alkyle sont éliminés des bases par la méthylguanine méthyltransférase (MGMT).

Réparation de dommages à un seul brin

La réparation des dommages simple brin est impliquée dans la réparation des dommages dans l'un des brins d'ADN du double brin d'ADN. La réparation par excision de base et la réparation par excision de nucléotides sont les deux mécanismes impliqués dans la réparation des dommages monocaténaires.

1. Réparation par excision de base (BER) – Dans la réparation par excision de base, les modifications d'un seul nucléotide sont séparées du brin d'ADN par la glycosylase et l'ADN polymérase resynthétise la base correcte. La réparation par excision de la base est illustrée à la figure 3.

Figure 3: TEB

1. Réparation par excision de nucléotides (NER) – La réparation par excision de nucléotides est impliquée dans la réparation des distorsions de l'ADN telles que les dimères de pyrimidine. 12 à 24 bases sont éliminées du site endommagé par les endonucléases et l'ADN polymérase resynthétise les nucléotides corrects.

Réparation de dommages à double brin

Les dommages à double brin peuvent entraîner un réarrangement des chromosomes. L'assemblage d'extrémités non homologues (NHEJ) et la recombinaison homologue sont les deux types de mécanismes impliqués dans la réparation des dommages double brin. Les mécanismes de réparation des dommages à double brin sont illustrés à la figure 4.

Figure 4: NHEJ et RH

1. Jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) – L'ADN ligase IV et un cofacteur connu sous le nom de XRCC4 retiennent 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 de la réunion.
2. Recombinaison homologue (HR) – La recombinaison homologue utilise des régions identiques ou presque identiques comme modèle 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 à l'ADN, trois types de réponses cellulaires peuvent se produire dans les cellules dont l'ADN cellulaire est endommagé.

1. Sénescence ou vieillissement biologique – la détérioration progressive des fonctions des cellules
2. Apoptose - Les dommages à l'ADN peuvent déclencher des cascades cellulaires d'apoptose
3. Malignité - développement de caractéristiques immortelles telles qu'une prolifération cellulaire incontrôlée qui conduit au cancer.

Conclusion

Les facteurs exogènes et endogènes causent des dommages à l'ADN qui sont facilement réparés par des 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 à simple brin et la réparation des dommages à double brin.

Image de courtoisie:

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