Dommages et réparation à l'ADN

Format
Parlons sciences
Lisibilité
8.56

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Ce document d’information explique les différents moyens dont se servent les cellules pour réparer les dommages à l’ADN.

L’acide désoxyribonucléique (ADN) est une importante molécule biologique qui est présente dans toutes tes cellules. Il est semblable à un manuel d’instructions pour ton corps, car il dit à tes cellules comment accomplir leurs processus habituels.

Il arrive parfois que des molécules d’ADN soient endommagées par des choses comme le rayonnement ionisant. Le rayonnement ionisant est présent partout autour de nous, depuis toujours. En fait, la vie sur Terre a évolué en présence du rayonnement ionisant.

Au fil du temps, les organismes ont développé des façons de réparer les dommages à leur ADN. Heureusement pour nous, le processus de réparation dans les cellules humaines fonctionne très bien pour réparer les dommages à l’ADN à mesure qu’ils se produisent.

Comment se produisent les dommages à l’ADN?

La plupart des dommages à l’ADN causés par du rayonnement comportent des modifications chimiques des nucléotides qui provoquent l’apparition de liaisons chimiques qui ne devraient pas être là. Ces liaisons chimiques altèrent la forme de l’ADN.

Les cellules disposent de plusieurs façons différentes de réparer ces dommages. Le mécanisme de réparation choisi dépend du niveau de gravité des dommages à la séquence d’ADN.

Structure de l’ADN
Structure de l’ADN illustrant les parties des brins (Parlons sciences, d’après une image de ttsz extraite de iStockphoto).

Comment sont réparés les dommages à un nucléotide?

Parfois, le rayonnement endommage une seule base sur un brin d’ADN. Cela peut se produire sur le plan chimique lorsqu’un radical hydroxyle (HO·) réagit avec un atome d’hydrogène pour former du peroxyde d’hydrogène (H2O2). Il est relativement facile de réparer des dommages de ce genre lorsque le brin complémentaire (ou opposé) n’a pas été touché, parce que la séquence d’ADN sur le brin complémentaire peut servir de modèle durant la réplication de l’ADN.

Dans ces circonstances, la cellule utilise un mécanisme appelé réparation par excision de base (BER pour Base excision repair en anglais). Un seul nucléotide est retiré et remplacé dans le cadre de ce processus.

La réparation par excision de base est l’une des plus simples formes de réparation de l’ADN
La réparation par excision de base est l’une des plus simples formes de réparation de l’ADN (Source : Parlons sciences, d’après un schéma de LadyofHats [domaine public] extrait de Wikimedia Commons).

Tout d’abord, une enzyme appelée ADN glycosylase retire la partie endommagée. Puis, une enzyme appelée AP endonucléase repère la brèche dans le squelette sucre-phosphate et retire les nucléotides avoisinants. Ensuite, l’ADN polymérase assemble la base manquante et, en dernier lieu, l’ADN ligase ressoude le squelette sucre-phosphate.

Les dommages s’étendent parfois sur une série de bases. En l’occurrence, les enzymes ne retireront pas des bases individuelles pour les remplacer. Elles extrairont plutôt le segment d’ADN endommagé dans son intégralité en vue de leur remplacement. On appelle ce processus la réparation par excision de nucléotides (NER pour Nucleotide Excision Repair en anglais).

Comment sont réparés les bris du squelette sucre-phosphate?

Le rayonnement ionisant de haute énergie peut percer le squelette sucre-phosphate. Il en résulte des cassures simple brin ou des cassures double brin.

En ce qui concerne les cassures simple brin, la première étape consiste en la détection du bris. C’est le rôle d’une enzyme appelée poly(ADP-ribose) polymérase (PARP). Cette enzyme donne aux autres protéines réparatrices le signal de se rendre à la cassure. La polynucléotide kinase (PNK) nettoie alors les extrémités endommagées du squelette de phosphate pendant que l’ADN polymérase comble la plus grande part de l’écart. Ce qui reste de l’écart est colmaté par l’ADN ligase. On appelle ce processus la réparation de cassures simple brin.

Processus de réparation d’une cassure simple brin
Processus de réparation d’une cassure simple brin (Source : Parlons sciences, d’après un schéma de LadyofHats [domaine public] extrait de Wikimedia Commons).

À l’opposé des cassures simple brin, les cassures double brin sont extrêmement dommageables aux cellules. Elles peuvent entraver la réplication de l’ADN et la synthèse des protéines. Elles peuvent également mener à des réarrangements chromosomiques, qui se produisent lorsqu’une partie d’un chromosome se fixe à un autre chromosome. Des réarrangements de ce type sont associés à certains cancers, comme la leucémie myéloïde chronique.

Les cassures double brin sont réparées à l’aide de l’un des deux mécanismes suivants : la ligature d’extrémités non homologues et la recombinaison homologue.

Les cassures causées par le rayonnement ionisant sont le plus souvent réparées par ligature d’extrémités non homologues. Dans ce processus, l’hétérodimère Ku rattache les extrémités brisées de l’ADN et fait en sorte que les deux brins soient bien alignés. Puis, une endonucléase (Artémis) nettoie la cassure en retirant les nucléotides avoisinants. Un facteur de ligature d’extrémités non homologues prépare le lien à être ligaturé (raccordé) par une enzyme appelée ADN ligase IV. Cette ligase utilise des parties de l’ADN près de la cassure du squelette de phosphate pour combler l’écart et ressouder les brins.

Processus de ligature d’extrémités non homologues
Processus de ligature d’extrémités non homologues (Source : Parlons sciences, d’après un schéma de LadyofHats [domaine public] extrait de Wikimedia Commons).

Dans le processus de recombinaison homologue, le chromosome homologue (sœur) est employé comme modèle pour la réparation. Une partie semblable ou identique du brin d’ADN est réséquée (coupée). Puis, il se produit une prise en charge du brin. La cassure double brin crée un écart dans le brin brisé. Au cours de la prise en charge, la partie saine du brin est reproduite et utilisée pour combler l’écart.

Comment sont réparées les cassures dans les liaisons hydrogènes?

Le rayonnement ionisant brise à l’occasion les liaisons hydrogènes qui relient les paires de bases. Heureusement, les liaisons hydrogènes ne sont pas covalentes. Cela signifie que les électrons ne sont pas partagés par les atomes. C’est pourquoi ces liaisons peuvent se briser et être jointes de nouveau avec une relative facilité.

Reparation des ruptures des liaisons hydrogene
L’adénine a deux liaisons hydrogènes qui la relient à la thymine, et la cytosine a trois liaisons hydrogènes qui la relient à la guanine (Parlons sciences, d’après un schéma de ttsz via iStockphoto).

Nous sommes exposés tous les jours à de faibles quantités de rayonnement ionisant. Le rayonnement ionisant peut endommager l’ADN, mais comme tu viens tout juste de l’apprendre, ton corps possède des mécanismes vraiment remarquables qui sont en mesure de réparer ces dommages!

 

En savoir plus

Les dommages à l'ADN et leur réparation (2014) Emilie Fallet -- Cet article présente les types de dommages que peut subir l'ADN et les mécanismes que possèdent les cellules pour les corriger.

Un ADN bien réparé, moins de cancer (2014) Radio-Canada -- Les chercheurs étudient les moyens d'améliorer la réparation de l'ADN et de prévenir certains types de cancer.

Réparation de l'ADN (2014) Leprofduweb -- Au cours de la réplication, il y a une erreur pour 100 000 nucléotides insérés. A l'étape suivante, les erreurs sont 10 000 fois moins nombreuses. Quel est le processus de correction de ces erreurs dans la réplication de l'ADN ? (Vidéo, 2:37)

Références

Kanehisa Laboratories. (2015, janvier 20). Non-homologous end-joining.

Kanehisa Laboratories. (2016, septembre 20). Homologous recombination.

National Human Genome Research Institute. (2015, juin 16). Deoxyribonucleic acid.

NDT Resource Center. (n.d.). Cell radiosensitivity.

Smith, K. C. (2008, septembre 10). DNA double-strand breaks.