Les mécanismes de réparation de l’ADN corrigent les dommages causés au matériel génétique par les agents environnementaux, les erreurs de réplication et les processus métaboliques normaux. Sans ces systèmes, le taux de mutation serait des milliers de fois plus élevé, et l’instabilité du génome conduirait au cancer et à d’autres maladies.
Types de Dommages à l’ADN
Les dommages à l’ADN proviennent de sources multiples. Les dommages endogènes comprennent la dépurination, où la liaison glycosidique entre la base et le désoxyribose est hydrolysée, se produisant des milliers de fois par cellule et par jour. La désamination convertit la cytosine en uracile, et les dommages oxydatifs des espèces réactives de l’oxygène produisent de la 8-oxoguanine et d’autres bases modifiées. Les dommages exogènes comprennent la lumière ultraviolette causant des dimères de cyclobutane pyrimidine, les radiations ionisantes causant des cassures simple et double brin, et les agents chimiques tels que les agents alkylants et les hydrocarbures aromatiques polycycliques.
Réparation par Excision de Base
La réparation par excision de base corrige les lésions petites et non déformantes de l’hélice, telles que les bases oxydées ou alkylées. Les ADN glycosylases reconnaissent et retirent la base endommagée en clivant la liaison glycosidique, créant un site abasique. L’AP endonucléase coupe ensuite le squelette au site apurinique ou apyrimidinique. L’ADN polymérase bêta comble le gap d’un seul nucléotide, et l’ADN ligase scelle l’entaille. Le processus est initié par des glycosylases spécifiques du dommage, fournissant une spécificité pour différents types de dommages aux bases. OGG1 reconnaît la 8-oxoguanine, et UNG reconnaît l’uracile dans l’ADN.
Réparation par Excision de Nucléotide
La réparation par excision de nucléotide élimine les lésions volumineuses déformant l’hélice, telles que les dimères de pyrimidine et les adduits chimiques. Chez l’humain, la protéine XPC détecte la déformation, et TFIIH déroule l’ADN autour de la lésion. XPG et XPF-ERCC1 effectuent des incisions sur les côtés 3’ et 5’ de la lésion, retirant un oligonucléotide de 24 à 32 nucléotides. L’ADN polymérase delta ou épsilon comble le gap, et l’ADN ligase scelle l’entaille. Les défauts des protéines NER causent le xeroderma pigmentosum, une maladie génétique caractérisée par une extrême sensibilité au soleil et un risque mille fois plus élevé de cancer de la peau.
Réparation des Mésappariements
La réparation des mésappariements corrige les erreurs de réplication de l’ADN qui échappent à la relecture, y compris les bases mal incorporées et les boucles d’insertion-délétion dues au glissement de la polymérase. Chez E. coli, MutS reconnaît le mésappariement, MutL recrute la machinerie de réparation, et MutH incise le brin nouvellement synthétisé au niveau des sites GATC hémiméthylés. Le système eucaryote est plus complexe, avec de multiples homologues de MutS et MutL. MSH2-MSH6 reconnaît les mésappariements de bases et les petites boucles, tandis que MSH2-MSH3 reconnaît les boucles plus grandes. Les défauts de réparation des mésappariements causent une instabilité des microsatellites et sont responsables du syndrome de Lynch, également connu sous le nom de cancer colorectal héréditaire sans polypose.
Réparation des Cassures Double Brin
Les cassures double brin sont le type de dommage à l’ADN le plus dangereux, capable de provoquer des réarrangements chromosomiques et la mort cellulaire. Deux voies principales réparent les CDB. La jonction d’extrémités non homologues ligature directement les extrémités cassées sans nécessiter d’homologie de séquence. Ces voies de réparation sont exploitées par CRISPR-Cas9 pour l’édition génomique. L’hétérodimère Ku70-Ku80 se lie aux extrémités cassées et recrute DNA-PKcs, qui rapproche les extrémités. Artemis traite les extrémités endommagées, et l’ADN ligase IV scelle la cassure. La NHEJ est sujette aux erreurs et peut introduire de petites délétions ou insertions. Elle fonctionne tout au long du cycle cellulaire et est la voie dominante de réparation des CDB dans les cellules de mammifères.
La recombinaison homologue utilise la chromatide sœur comme modèle pour une réparation précise. Le complexe MRN détecte les CDB et initie la résection des extrémités 5’, générant des queues simple brin 3’. RPA recouvre l’ADN simple brin, et BRCA2 charge RAD51 sur la queue, formant un filament nucléoprotéique qui envahit l’ADN duplex homologue. La synthèse d’ADN allonge le brin envahisseur, et l’ADN réparé est résolu par clivage des jonctions de Holliday. La RH est limitée aux phases S et G2 lorsque les chromatides sœurs sont disponibles. Les défauts des gènes de RH, y compris BRCA1 et BRCA2, prédisposent au cancer du sein et de l’ovaire.
Points de Contrôle des Dommages à l’ADN
Les points de contrôle du cycle cellulaire coordonnent la réparation de l’ADN avec la progression du cycle cellulaire. Les kinases ATM et ATR sont les régulateurs maîtres de la réponse aux dommages de l’ADN. ATM est activée principalement par les cassures double brin, tandis qu’ATR répond au stress de réplication et à l’ADN simple brin. Ces kinases phosphorylent CHK1 et CHK2, qui phosphorylent à leur tour les phosphatases CDC25 et p53, conduisant à l’arrêt du cycle cellulaire. L’activation de p53 induit l’expression de p21, qui inhibe les kinases cycline-dépendantes et arrête le cycle cellulaire, permettant le temps nécessaire à la réparation ou déclenchant l’apoptose si les dommages sont étendus.
