ARNm

ARNt et r

Protéines

ADN

Réparation Réplication

TranscriptionTranscription inverse

Traduction

ADN ARN ARNm Protéines

ARNtARNrRéplication

Réparation

Transcription-maturation

transcription maturation Traduction

Expression des gènes

Transcription Inverse (RT)

RéplicationADN + dNTP ADN + dNMP + Pi

ADN polymérase

- la réplication est semi-conservative- la synthèse de l’ADN s’effectue de 5’en 3’ sur les 2 brins (le brin matrice est toujours lu de 3’ en 5’)- de nombreuse enzymes et protéines sont nécessaires- la synthèse démarre toujours à une origine de réplication (plusieurs chez les eucaryotes)- les eucaryotes possèdent de nombreuses ADN polymérases (α, β, γ, δ, ε, ζ ...)- tout l’ADN doit être répliqué en une seule fois au cours du cycle cellulaire- le super-enroulement de l’ADN, la structure chromatinienne et les nucléosomes posent problème pour la réplication- il faut répliquer aussi les extrémités- toujours 3 étapes: initiation, élongation, terminaison.

Réaction catalysée par les ADN polymérases• toutes les ADN polymérases ont besoin d’une amorce avec un groupe 3’ OH libre• toutes les ADN polymérases catalysent l’élongation dans la diretion 5’ vers 3’ • quelques ADN polymérases ont une activité de correction de 3’ en 5’ (exonucléase)

DNA DNA

amo

rce

amo

rce

T

Cm

atri

ce

T

C

mat

rice

ADN Polymérase

Elongation

3’

5’ 3’

Amorce ARN

ADN néosynthétisé

5’

5’

ADN polymérase

ADN polymérases eucaryotes

Propri-étés α β γ ∂ ε ζLocali-sation

noyau noyau mito noyau noyau

Fonc-tion

Répli-cation

BER Répli.Répar.

Répli.BER,NER

RépliBERNER

Σ trans-lésion

Exonu. - - + + + -

Proces-sivité

Faible Faible Forte Forte forte faible

Fidélité forte faible forte forte forte ?

+ …

La réplication de l’ADN est semi-conservative

Brins d’ADN Parentaux

En rouge brins fils

Chaque brin parental sert de matrice pourla synthèse d’un brin-fils

Voir expérience de Meselson et Stahl

5’3’ 5’ 3’

Fourche de réplication

Amorce ARN

5’3’

3’5’

3’5’

direction de la synthèse du brin “leader”

direction de la synthèse du brin “tardif”

3’

Amorce ARN5’

L’ADN polymérase α initie la réplication andSynthétise l’ADN jusqu’à la prochaine amorce d’ARN

5’

5’3’

5’

(Fragment d’Okazaki, 100-1000 bases)5’

3’L’ADN polymérase ε initie à la fin d’un fragment d’Okazakiet poursuit l’élongation tout en détruisant l’amorce par son activité exonucléasique 5’-3’

pol α

pol I

5’3’ 5’

3’

Mouvement de la fourche de réplication

Mouvement de la fourche de replication

Amorce ARNFragment d’Okazaki

5’

Amorce ARN

(fragment d’Okazaki)5’

3’

5’3’

La DNA ligase referme le “gap” en recréant une liaison phosphodiester avec de l’ATP

DNA ligase

3’OH P5’

5’3’

3’5’

Protéines à la fourche de replication chez l’homme

hélicase

SSB

pol α

DNA ligase

topoisomerases I and II

PCNA

Activité primaseassociée avec pol α

pol δ

Brin précoce

Brin tardif

pol ε

Synthèse discontinue de l’ADN

3’5’

5’ 3’

3’ 5’

5’3’

3’5’

5’3’

Origine de réplication

Fourche de réplicationFourche de réplication

Origines de réplication de l’ADN (toutes les ~150 kb)

Bulle de réplication

Chromosomes fils

fusion des bulles

Réplication bidirectionelle

Origines de réplication de l’ADN sur les chromosomes de mammifères

5’3’

3’5’

5’3’

3’5’

3’5’

5’3’

Réplication

*Procaryotes : 1 seule origine deréplication

*Eucaryotes : plusieurs origines deréplication

*Une zone d’ADN répliquée à partird’une OR

*Asynchronie mais régulation carl’ADN n’est répliqué qu’une seule foispar cycle cellulaire.

*Association avec des protéines ;importance des nucléosomes

Enzymes nécessaires à la réplication

• Hélicases

• Protéines de stabilisation de l’ADN simple brin

• Protéines constituants le primosome

• Primase

• ADN polymérases

• Ligase

• RNase

• Autres protéines accessoirs de la réplicatin PCNA, facteurs de réplication A et C

• Topoisomérases

Topoisomérases

Télomères 1

3’ AACCCCAACTTGGGGTTG

5’

3’ AACCCCAACTTGGGGTTGGGGTTG

5’

3’ AACCCCAACTTGGGGTTGGGGTTG

5’

3’ AACCCCAACTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG

télomères riches en G

Télomères 23’ télomères riches en G 3’

5’ 5’AmorceARN

3’ Télomères riches en G 3’

5’

Télomères

- équilibre élongation/dégradationdes télomères

- dégradation :exonucléases/échangesintrachromatinien

- élongation par télomérase (ARN,homme TTGGGG)

- élongation par échangeréciproque

Réplication

ADN + dNTP ADN + dNMP + PiADN

polymérase

- la réplication est semi-conservative- la synthèse de l’ADN s’effectue de 5’en 3’ sur les 2 brins (le brin matrice est lu de 3’ en 5’)- de nombreuse enzymes et protéines sont nécessaires- la synthèse démarre toujours à une origine de réplication (plusieurs chez les eucaryotes)- les eucaryotes possèdent 6 ADN polymérases (α, β, γ, δ, ε, ζ)- tout l’ADN doit être répliqué en une seule fois au cours du cycle cellulaire- le super-enroulement de l’ADN, la structure chromatinienne et les nucléosomes posent problème pour la réplication- il faut répliquer aussi les extrémités- toujours 3 étapes: initiation, élongation, terminaison.

ADN ARN ARNm Protéines

ARNtARNrRéplication

Réparation

Transcription-maturation

transcription maturation Traduction

Transcription Inverse (RT)

* Modifications de l’ADN:

- stress oxydant- radiations, UV- produits chimiques

réplication mésappariements, microsatellitesréplication: 10-5, réparation 10-10

* 1 molécule ADN: ~ 100 000 modifications/jour Réparation ADN indispensable

Maintien de l’intégrité du génome

* Contrôle strict : protection contre les mutations pas d’évolution

* Contrôle lâche : phénotype mutateur mutations---> mort, pathologies cancer évolution

Type Mécanisme Fréquence

Chromosome mis-ségregation 10-2 par division chromosomique cellulaire

(ex: aneuploidie)

Chromosome réarrangement 6 X 10-4 par division chromosomique cellulaire (ex: translocation)

Gene mutation au niveau 10-10 par pb et par d’une paire de base, division cellulaire ou

(ex: mutation ponctuelle 10-5 - 10-6 par locus par ou délétion ou insertion generation

de petite taille)

Type et fréquence des Mutations

Lésions de l’ADN

Base manquante dépurination par la chaleur ou par les acides (~104 purines, par jour par cellule chez l’homme)

Base altérée radiations ionisantes ; agents alkylants

Base incorrecte désamination spontanéeex: cytosine en uracile ou adenine en hypoxanthine

Déletion-insertion agents intercalants (acridines)

Formation de dimères irradiation par lesUV Coupure des brins radiations ionisantes;

agents chimiques (bléomycine) cross-links entre brins Psoralènes; mitomycin C

Formation de tautomères Spontanée et transitoire

Les Mutations sont perpétuées au cours de la réplication

• réplication normale des C-G ---> deux brins fils avec chacun un C-G

• en cas de mésappariement C=A au cours de la réplication un des brins fils aura un C=A et l’autre un C=G

AC• au cours de la réplication suivante cet appariement donnera un brin C=G et un brin T=A engendrant ainsi une mutation fixée

C G C G et C G

C G C A et C G

T A

* les mutations qui apparaissent au cours de la réplication sont réparées par:

• “proofreading” (correction d’épreuves, au moment de la réplication)• réparation des mésappariements

* les mutations qui apparaissent “spontanément” à n’importe quel moment sont réparées par:

• excision-réparation (base ou nucleotide)• +

Mécanismes de la réparation

Réparation

1- réversion de la lésion (transférases)

2- recherche de l’information sur le brincomplémentaire (excision)excision de baseexcision de nucléotidesréparation des mésappariements

3- to lérancesynthèse translésionnelle

4- recherche de l’information sur uneautre moléculerecombinaison homologue et nonhomologue

L’information perdue sur un brinpersiste sur l’autre

Reconnaissance de la lésion

Coupure

Resynthèse

Ligation

Restauration

MMR, Réparation des mésappariements

-réparation des “mismatch” (G/T)

- instabilité des microsatellites, (boucles, dérapage)

-reconnaissance de la lésion

- Muts S: hMSH2, 3, 6: reconnaisance de la lésion GTBP

- MutL: hMLH1, hPMS1, 2

- MutH: endonucléase se fixe sur le complexe

- reconnaissance du brin néosynthétisé

Réparation des mésappariementsRéparation des mésappariements

T

C

MSH2/GTBP

T

C

MLH1/PMS2

Reconnaissancede la lésion

Excision du brinContenant la coupure

ADN pol. ∂,ε

Réparation

Base 1

Base 2

Base modifiée

ARN

ADN

ADN Glycosylase

Réparation par excision deBase (BER)

Basemodifiée

GLYCOSYLASE (OGG1: 8oxoG)

AP-Endonucléase

Ligase

Polymérase

nucléase

Polymérase

Pase

XRCC1

Dimères de thymine formés par la lumière UV

Cycle cyclobutane

DNA polymerases ε / δ, PCNA,.....

XP-G 3' incision

5'

XP-F/ERCC1

5' incision 3'

DNA ligase

GENERAL SCHEME OF NUCLEOTIDE EXCISION REPAIR OF UV-INDUCED DNA LESIONS (TCR and GGR)

AS1013'

XP-E

5' 3'::::::

RNA Pol II

TFIIH

5'

3'

CS ACS BXP-G

::::::::

XP-F/ERCC1

5'XP-B

XP-D

3'

XP-C/HR23B

XP-C/hHR23B XP-E

XP-G

RPA/XP-A

DDB1DDB2

RPA/XP-A

XP-A

Schéma général de la réparation (NER) dépendant de la transcription d’une lésion induite par les UV

Couplage réparation / transcription

REPARATION

LESIONSde l'ADN

CANCER

APOPTOSIS

MUTATIONS

EXPOSITION SOLAIRE

UVB / UVA

PEAU NORMALE

MORT CELLULAIRE

"SUNBURN CELLS"

p53rasPTCHc-mycp16/p14

-

Effets de l'exposition solaire sur les cellules de patients Xeroderma pigmentosum

AS1128'.Fr

XP

XP

-

+

+REGULATIONdu CYCLE CELLULAIRE

DIFFERENCIATIONCELLULAIRE

CONTROLEde la CROISSANCE{

ADN polymérases

A côté des ADN polymérases « fidèles »d’autres ADN polymérases « infidèles »,« error-prone » ont été découvertesrécemment.

Sur de l’ADN non endommagé, ellesproduisent des erreurs en incorporant unnucléotide non consensuel (A=T, G_C).

Cependant, ces polymérases sont trèsimportantes pour la synthèsetranslésionnelles d’ADN endommagés enrétablissant la séquence initiale correcte(ex : dimères de thymine, 80H-G, T-->C=A).

Ce sont le Y-polymérases (η, ζ, ι, _, θ…).

C-C

C-CG-G

C-C

C-C

A-A

UV

C-C

G-G

T-C

A-G

T-C

T-CA-G

T-C

T-C

A-A

T-TA-A A-A

T-T

C to TTRANSVERSION

CC to TT TANDEM TRANSVERSIONS

NTS

TS

1

2

3

4

5

Pol δ /ε

Pol η / ζ

AS1000'''.ppt

Pol η / ζ

MOLECULAR FORMATION OF UV-INDUCED MUTATIONS

MAJOR CHARACTERISTICS

1) Targeted at Py-Py

2) Mostly C to T

3) Tandem mutations C-C to T-T

4) Transcribed/non transcribed strands

Formation de mutations à partir d’irradiations UV

Polymérases infidèles

Recombinaison

*Recombinaison homologue-méiose (cross-over)-réparation

*Recombinaison spécifique de site- reconfiguration ADN(Ig, intégration virus)

*Transposition de l’ADN

** Nombreux enzymes nécessaires-résolvases-polymérases-ligases-topoisomérases-rec A B C D E.Coli

Recombinaison génétique et cross-over au cours de la méiose

métaphase I

cross-over entrechromosomes homologues

Cross-overs4 gamètes différents

Chromosomes après cross-overet échange d’information génétique (ADN)

Recombinaison Homologue• dépend de l’identité de séquence• la recombinaison est réciproque• modèle de Holliday

modèle de Holliday

1

2

3

4

1

2

3

4

Recombinaison

1

2

3

4

coupure

1

2

3

4

coupure

Echange d’ADN Chromosomesrecombinants

Recombinaison

Recombinaison

*Recombinaison homologue-méiose (cross-over)-réparation

*Recombinaison spécifique de site- reconfiguration ADN(Ig, intégration virus)

*Transposition de l’ADN

Nombreux enzymes nécessaires-résolvases-polymérases-ligases-topoisomérases-rec A B C D E.Coli

ARNm

ARNt et r

Protéines

ADN

Réparation Réplication

TranscriptionTranscription inverse

Traduction

Synthèse d’ARN, Transcription

A = T

U = A

A = T

U = A

ARN ARNExtrémité 3’de la matrice

Extrémité 3’de la matrice

ARN polymérase

Extrémité 3’

Nucléotide pyrophospatase

5’ 5’

Mat

rice

(A

DN

)

Mat

rice

(A

DN

)

OH en 2’

+1

TBP

TFIIDB

E F

H

J RNA pol II

initiation

L’ARN pol II est phosphorylée sur le domaine carboxy-terminal (CTD); elle est relachée et démarre la synthèse d’ARN

Démarrage de la transcription

P

PP

CTD Démarrage de la transcription

ARNmARNt et r

Protéines

ADNRéparation Réplication

TranscriptionTranscription inverse

Traduction

Traduction: 4 étapes

- Activation

- Initiation

- Elongation

- Terminaison

H2N-C-C-OH

H

R

--

O

=

ATP

H2N-C-C-O-P-O-ribose-adenine

H

R-

-O

=

Amino-acide

Amino-acide adénylé(activé)

PPi

ARNt non chargé

H2N-C-C-O

H

R

--

O

=

Amino-acylARNt

(chargé)

AMP

3’

Activation des amino-acideset

charge des ARNt

mRNA5’

M

AUG GCC

A

mRNA5’

M

AUG GCC

A

Fixation de l’AA-ARNtsur le site A

Formation de la première liaison peptidique

A

UCA GCA GGG UAG

AAA

A

Terminaison• Quand le ribosome arrive à un codon stop, un facteur RF se fixe sur le site A

RF

UCA GCA GGG UAG

Ce facteur libère par hydrolyse la chaîne peptidique de l’ARNt et le complexe ribosomique se dissocie

AAAA

A

Code génétique

La seconde lettre des codons

U C A G

U

UUU PheUUC Phe

UUA LeuUUG Leu

UCU SerUCC Ser

UCA SerUCG Ser

UAU TyrUAC Tyr

UAA StopUAG Stop

UGU CysUGC Cys

UGA StopUGG Trp

C

CUU LeuCUC Leu

CUA LeuCUG Leu

CCU ProCCC Pro

CCA ProCCG Pro

CAU HisCAG His

CAA GlnCAG Gln

CGU ArgCGC Arg

CGA ArgCGG Arg

A

AUU IleAUC Ile

AUA IleAUG Met

ACU ThrACC Thr

ACA ThrACG Thr

AAU AsnAAC Asn

AAA LysAAG Lys

AGU SerAGC Ser

AGA ArgAGG Arg

G

GUU ValGUC Val

GUA ValGUG Val

GCU AlaGCC Ala

GCA AlaGCG Ala

GAU AspGAC Asp

GAA GluGAG Glu

GGU GlyGGC Gly

GGA GlyGGG Gly

A : ALA C: CYS D: ASP F: GLU F : PHE G : GLY H : HIS I : ILEK : LYS L: LEU M: MET N: ASN P : PRO Q : GLN R : ARGS : SER T: THR V : VAL W: TRP Y : TYR

Lapremièrelettre descodons(extré-mité 5’)

MON BON AMI BAT MON BLE QUI EST DUR

M ONB ONA MIB ATM ONB LEQ UIE STD UR

MO NBO NAM IBA TMO NBL EQU IES TDU R

- 1 seul cadre ouvert de lecture (ORF, open reading frame)- lecture non chevauchante- insertion délétion de 1 ou 2 bases décale le

cadre de lecture- insertion ou délétion de 3 bases moins grave- changement d’une base : mutation faux sens ou

pas de conséquence MON ---> TON, BAT ---> BAS

Modifications post-traductionnellesUne fois traduite la protéine n ’est pas « finie » ninécessairement active. Elle doit être « adressée » (souvent co-traductionnel), elle peut subir ensuite des modifications covalentes et enfin elle doit être dégradée.

Adressagesynthèse cytoplasmique * noyau * lysosomes * réticulum endoplasmique * mitochondries * membranes * exportation

Modifications covalentes

* cf. cours sur lesprotéines

Dégradation

* cf. cours sur lesprotéines

ARNmARNt et r

Protéines

ADNRéparation Réplication

TranscriptionTranscription inverse

Traduction