Réplication et réparation de l'ADN

Avant qu'une cellule ne se divise, elle copie l'intégralité de son génome avec une précision remarquable, et un réseau de systèmes de réparation corrige continuellement les dommages et les erreurs qui, autrement, corrompraient la séquence héritée.

Definition

La réplication de l'ADN est la copie semi-conservative du génome dans laquelle chaque brin parental sert de matrice à un nouveau brin complémentaire, et la réparation de l'ADN est l'ensemble des voies enzymatiques qui détectent et corrigent les dommages et les erreurs de réplication.

Scope

Ce sujet aborde la réplication semi-conservative et l'expérience de Meselson-Stahl, la fourche de réplication avec ses brins direct et discontinu et les fragments d'Okazaki, les rôles des ADN polymérases, de l'hélicase, de la primase et de la ligase, la relecture (proofreading) et la fidélité de la synthèse, ainsi que les principales voies de réparation, y compris la réparation des mésappariements (mismatch repair), la réparation par excision de base et de nucléotide (base- and nucleotide-excision repair), et la réparation des cassures double brin (double-strand-break repair). Il traite de la manière dont la séquence est copiée et préservée ; la façon dont la séquence change malgré ces systèmes est abordée sous la mutation.

Core questions

• Comment l'expérience de Meselson-Stahl a-t-elle démontré que la réplication est semi-conservative ?
• Pourquoi les deux brins d'une fourche de réplication doivent-ils être synthétisés différemment ?
• Comment la relecture (proofreading) et la réparation des mésappariements (mismatch repair) permettent-elles d'atteindre le très faible taux d'erreur du génome ?
• Quelles voies de réparation gèrent quels types de dommages à l'ADN ?

Key concepts

• Réplication semi-conservative et l'expérience de Meselson-Stahl
• Fourche de réplication, brins direct et discontinu, fragments d'Okazaki
• ADN polymérases, hélicase, primase et ligase
• Relecture (proofreading) et fidélité de la réplication
• Réparation des mésappariements (mismatch repair), par excision et des cassures double brin (double-strand-break repair)

Mechanisms

L'hélicase déroule le duplex, la primase dépose des amorces d'ARN, et l'ADN polymérase allonge les nouveaux brins de cinq-prime à trois-prime, de manière continue sur le brin direct et sous forme de fragments d'Okazaki ensuite joints par la ligase sur le brin discontinu ; la relecture par la polymérase (polymerase proofreading) et la réparation des mésappariements post-réplication (post-replication mismatch repair), ainsi que les voies d'excision pour les dommages chimiques et ultraviolets, maintiennent les taux de mutation extrêmement bas.

Clinical relevance

Les défauts de réparation de l'ADN sont à l'origine de troubles héréditaires et d'une prédisposition au cancer, tels que le xeroderma pigmentosum dû à une réparation par excision de nucléotide défectueuse et le syndrome de Lynch dû à une déficience de la réparation des mésappariements, tandis que les enzymes de réplication constituent la base de l'amplification de l'ADN en laboratoire.

History

Meselson et Stahl ont confirmé la réplication semi-conservative en 1958 en utilisant de l'ADN marqué par densité, Kornberg a isolé la première ADN polymérase, et les fragments d'Okazaki découverts à la fin des années 1960 ont permis de comprendre comment le brin discontinu est synthétisé ; les voies de réparation ont été progressivement cartographiées grâce à la génétique bactérienne et humaine au cours des décennies suivantes.

Key figures

• Matthew Meselson
• Franklin Stahl
• Arthur Kornberg
• Reiji Okazaki

Seminal works

• meselsonStahl1958

Frequently asked questions

Que sont les fragments d'Okazaki ?

Ce sont de courts segments d'ADN synthétisés de manière discontinue sur le brin discontinu, car ce brin ne peut être fabriqué que dans la direction opposée au mouvement de la fourche ; une enzyme appelée ADN ligase les joint ensuite pour former un brin continu.

Comment la cellule maintient-elle une réplication si précise ?

Les ADN polymérases effectuent une relecture (proofreading) pendant leur synthèse, éliminant les nucléotides mal appariés, et un système distinct de réparation des mésappariements (mismatch repair) scanne l'ADN nouvellement synthétisé par la suite, réduisant ainsi le taux d'erreur à environ une erreur par milliard de bases.