La Réplication

Page publiée par Fafa
Détail sur le processus de publication
Dernière mise à jour : 2016-02-01

1. Définitions

Réplication : Synthèse d'ADN :

Quand?

A chaque division cellulaire, au cours du cycle cellulaire.

Réplication et division cellulaires sont régulées de façon coordonnée.

Le cycle cellulaire :

Différentes phases de la vie d'une cellule : de sa naissance, à partir de la division d'une cellule mère, jusqu'a sa propre division en 2 cellules filles.

2. Éléments nécessaires à la réplication

2.1. ADN parental

La double hélice d'ADN est séparée en 2 brins d'ADN parents;

Chacun d'eux sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin d'ADN : le brin d'ADN fils. Ce brin restera lié au brin d'ADN parent;

La réplication produit 2 molécules d'ADN, chacune d'elles contient un brin parent et un brin fils : la réplication est semi conservatrice.

2.2. Nucléotides

2.3. Enzymes

2.4. Environnement

La phase S suit la phase G1 pendant laquelle la cellule a synthétisé tous les éléments nécessaires à cette réplication.

Présence de facteurs de croissances, des protéines, des nucléotides et autres nutriments.

3. Mécanisme

3.1. Origines de réplication

ORC : complexes protéiques possédant une activité enzymatique de type ATPase. Ils utilisent l'hydrolyse de l'ATP comme source d'énergie pour :

3.2. Activation des origines de réplication

3.2.1. Complexe de pré-réplication

Au début de la phase G1, assemblage de protéines, hélicases, kinases cyclines dépendantes CDK (sous-unité kinase associée à une sous-unité cycline) encore inactives.

3.2.2. Complexe d'initiation : pendant la phase S

  1. Activation des CDK : phosphorylation et activation d'autres protéines;
  2. activation des hélicases : déroulent la double hélice d'ADN et séparent les 2 brins;
  3. recrutement des ADNpol et de leurs protéines accessoires.

Après l'initiation de la réplication :

Quand les cellules eucaryotes prolifèrent :

Les origines de réplications alternent entre un état "compétent" et un état "non compétent";
Il existe une coordination entre les multiples origines de réplications pour qu'elles ne soient compétentes qu'une seule fois au cours de chaque division cellulaire;
La réplication des différents réplicons sur le chromosome n'est pas totalement synchrone : elle intervient plus ou moins précocement pendant la phase S.

Au niveau de l'origine de réplication :

Le déroulement de l'ADN et la séparation des 2 brins font apparaître des régions d'ADN simple brin, stabilisées par des protéines RPA (protéines de réplications A), accessibles aux enzymes et protéines nécessaires à la réplication.

De chaque côté, le réplicon forme une "fourche de réplication" :

A la fin de la réplication tous les réplicons confluent :

3.3. L'ADNpol δ

3.3.1 Dépend d'une amorce

3.3.2. Synthétise l'ADN ds le sens 5' → 3'

3.3.3. Lit le brin matrice ds le sens 3' → 5'

Au niveau de l'origine de réplication, la synthèse d'ADN commence simultanément :

D'où : réplication de 2 brins 3' → 5' et 2 brins 5' → 3'.

les brins d'ADN 3' → 5' (à partir de l'origine de réplication, dans le sens de déplacement de la fourche de réplication) sont copiés de façon continue par l'ADNpol δ jusqu'à rencontrer une autre fourche de réplication progressant en sens inverse : c'est le brin continu ou avancé.

La réplication des brins d'ADN 5' → 3' est plus complexe : l'ADNpol δ synthétise le brin d'ADN fils dans le sens inverse du déplacement de la fourche de réplication. On appelle ce brin : le brin retardé ou discontinu.

Sur ce brin d'ADN 5' → 3', l'enzyme synthétise de multiples petits fragments d'ADN à la suite des amorces (pour chaque réplicon on compte jusqu'a 250 fragments), ce sont les "fragments d'Okazaki" (long d'environ 1000 à 5000 nucléotides).

Au fur et à mesure de la progression de la fourche de réplication :

Les enzymes topo-isomérases :

Selon les topo - isomérases (type I ou type II) il y a coupure d'un seul ou des 2 brins d'ADN. Après la réplication, l'ADN est immédiatement restructuré en nucléosome en utilisant des histones néosynthétisées.

3.3.4. ADNpol δ et synthèse simultanée des 2 brins d'ADN ?

L'ADNpol δ existerait sous forme de dimère : le brin continu formerait momentanément une boucle. Il y a synthèse simultanée des 2 brins, par étape, sur de courtes distances, celle des fragments d'Okazaki.

3.3.5. ADNpol δ

Elle remplace les séquences d'ARN des amorces qu'elle rencontre successivement au cours de sa progression par des fragments d'ADN.

3.3.5. L'ADN ligase

Elle relie les fragments d'ADN en établissant une liaison phosphodiester.

3.4. Réplication des télomères.

La réplication des brins d'ADN 5' -> 3' au sein des réplicons est plus complexe que celle des brins 3' → 5'. De plus, sur ces brins 5' → 3', du fait de la nécessité de la présence d'une amorce, la réplication des extrémités 3' terminales n'est pas possible.

Les ADNpol sont incapables de répliquer les extrémités 3' de chacun des 2 brins d'un chromosome : ces extrémités sont donc terminées par un simple brin d'ADN qui est finalement dégradé, les chromosomes sont raccourcis à chaque division cellulaire.

Les cellules eucaryotes disposent de télomères :

On peut donc en conclure la possibilité pour les cellules de se diviser un certain nombre de fois, nombre limité par la longueur des télomères.

Ainsi, les cellules jeunes, qui se sont divisées un petit nombre de fois, possèdent de long télomères. Les cellules âgées, qui se sont divisées un grand nombre de fois, possèdent des télomères plus courts. Cependant, certaines cellules de notre organisme sont capables de se diviser un grand nombre de fois : elles disposent d'une enzyme active, la télomérase. Son rôle est d'allonger les télomères.

La télomèrase :

Cette séquence d'ARN :

La télomérase est une transcriptase inverse. La télomérase agit plusieurs fois en se translocant. Une primase fixe une amorce en 3' du brin allongé. Une ADNpol Délta synthétise le brin complémentaire. Une ligase lie les 2 brins (d'ADN fils).

La plupart des cellules somatiques humaines différenciées ont une télomérase inactive. Elles subissent donc une érosion de leur ADN télomérique et le nombre de leurs divisions est limité.

Les télomères humains sont prévus pour se raccourcir d'environ 100 paires de bases par division cellulaire et lorsque la perte atteint plusieurs milliers de bases, les cellules cessent de se diviser et entrant en sénescence : c'est le vieillissement.

Au contraire, la télomérase est active :

Les télomères ont également un rôle dans la stabilité des chromosomes : le vieillissement cellulaire favorise l'instabilité génétique.

3.5. Fidélité de la réplication

La fidélité de la réplication n'est pas absolue : il existe des erreurs d'appariement de bases.

Les ADNpol δ peuvent corriger ces erreurs car elles possèdent des activités exonucléasiques 3' → 5'.

D'autres mécanismes de correction existent réduisant potentiellement les risques de non respect de la réplication : l'erreur est limitée à ≈ 1/109

L'activité exonucléasique 3' → 5' des ADNpol δ permet de :

Les ADN pol δ possèdent 2 types d'activités exonucléasique :

3.6. Réplication chez les différents organismes vivants

Les grands principes de la réplication sont les mêmes chez les eucaryotes et les procaryotes. Cependant chez les eucaryotes la réplication :

4. Intérêt médical

  1. Une meilleure connaissance des mécanismes physiologiques permet une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques.
  2. Cela se traduit par une mise en évidence de nouvelles cibles pour de nouveaux médicaments.

Exemple1 : Anticancéreux inhibant la réplication de l'ADN.

Exemple 2 : la famille des gènes de globine

4.1. Organisation des gènes

Les gènes de globine sont :

Il existe une stricte colinéarité entre :

L'enchaînement des acides aminés dans la protéine est l'exacte traduction de l'enchaînement des nucléotides dans les exons du gène.

Il y a 4 gènes de globine de la famille α :

Les gènes α 1 et α 2 : les 3 exons sont totalement identiques, globines α 1 et α 2 identiques

Gènes de globine de la famille : La taille de chacun des 3 exons des 5 gènes est identique : la taille des 5 protéines est identique.

4.2. Expression des gènes

4.3. Régulation de l'expression des gènes de globine

Expression "tissu-spécifique" :

Expression coordonnée entre les 2 familles de gènes => synthèse d'autant de protéines de la famille α que de la famille β.

D'où complexité supplémentaire dans la cellule adulte : 2 chromosomes 16 porteurs de α 1 et α 2 (=> 4 gènes alpha) et 2 chromosomes 11 porteurs de β (=> 2 gènes béta ).

Expression coordonnée pour permettre une activité séquentielle des gènes : commutation (switch) de l'expression :

Intérêt de cette commutation à l'origine de l'existence de différentes Hb : l'HbF a une plus forte affinité pour l'O2 que l'HbA → elle facilite les transferts d'O2 de la mère vers le foetus.

4.4. Exemple de pathologies des gènes

Les mutations sur les gènes de la globine sont très fréquentes.

Exemple de mutation à l'origine de maladie : la drépanocytose :

Chez le malade homozygote, la modification de la structure de la protéine entraîne :

Chez le sujet transmetteur de la maladie, hétérozygote :

4.5. Altération de l'ADN

L'ADN subit des altérations :

4.5.1. Agents physiques

4.5.2. Agents chimiques

4.5.3. Altérations spontanées du fait d'instabilité chimique

Les bases nucléotidiques libres peuvent exister sous 2 formes tautomères :

A pH physiologique, les formes amino "C-NH2" et céto "C=O" prédominent dans l'ADN. Cependant les formes imino et énol peuvent apparaître à la suite d'une tautomèrisation spontanée. Au cours de la réplication ou de la transcription suivante, elles n'établissent pas les mêmes liaisons préférentielles que les formes amino et céto, on a des appariements illégitimes.

4.5.4. Virus

Différents virus sont capables d'interférer sur le génome des cellules hôtes qu'ils ont infectées, cela peut entraîner :

4.5.5. Erreurs de réplication

Les ADNpol δ commettent fréquemment des erreurs : la plupart de celles-ci sont aussitôt réparées par leur activité exonucléasique 3' → 5'. Au final le taux d'erreur et très faible : environ 1 erreur par génome dupliqué.

4.6. Réparation de l'ADN

4.6.1 Mécanismes de réparation

Des mécanismes de réparation contrôlent chaque instant de la vie cellulaire de façon à maintenir l'intégrité de l'ADN face aux agressions.

Réparation de nucléotides anormaux :

Réparation des cassures double brin :

Cependant, ces altérations de l'ADN ne sont pas toutes corrigées, il en persiste un certain nombre qui modifie l'ADN de façon stable : ce sont les mutations.

4.6.2 Mutations

Ce sont les modifications par substitution, addition, délétion d'un ou plusieurs nucléotides au sein du génome.

Conséquences des mutations : elles sont diverses selon la nature et selon la localisation dans le génome.


Commentaires

Il n'y a encore aucun commentaire.
Vous devez être inscrit et connecté pour ajouter un commentaire.