chapitre 16 Les bases moléculaires de l’hérédité 367
d’é preuves » dont nous venons de parler. Lors de la réparation
des mésappariements des bases, d’autres enzymes enlèvent
les paires de nucléotides mal appariées à la suite d’erreurs de
réplication et les remplacent. Les chercheurs ont commencé
à comprendre le rôle de ces enzymes de réparation lorsqu’ils
ont découvert qu’une anomalie héréditaire touchant l’une
d’entre elles est liée à une forme de cancer du côlon. Il semble
que cette anomalie permette aux erreurs cancé ro gènes de
s’accumuler dans l’ADN à une vitesse supérieure à la normale.
Des nucléotides mal appariés ou modifiés peuvent également apparaître après la réplication. En fait, l’information
génétique ainsi codée doit être entretenue. Elle exige de fréquentes réparations, parce que l’ADN subit divers types de
lésions. Les molécules d’ADN sont constamment exposées à
des agents physiques et chimiques nocifs, tels que la fumée
de cigarette et les rayons X, comme nous le verrons au chapitre 17. De plus, les bases de l’ADN subissent souvent des
modifications chimiques spontanées dans les conditions qui
existent normalement dans la cellule. Toutefois, tous ces changements dans l’ADN sont généralement corrigés avant qu’ils
ne constituent des modifications permanentes (des mutations)
qui se reproduisent au cours des réplications successives.
Chaque cellule surveille et répare son matériel génétique en
permanence. La réparation de l’ADN endommagé est essentielle à la survie de l’organisme. Il n’est donc pas surprenant
que les enzymes de réparation de l’ADN soient apparues en
si grand nombre au cours de l’évolution. On en connaît
près de 100 chez E. coli et, à ce jour, on en a identifié 130
chez les humains.
La plupart des systèmes cellulaires de réparation des
nucléotides mal appariés, que ce soit à cause de dommages
subis par l’ADN ou par suite d’erreurs de réplication, utilisent
des processus qui reposent sur le mécanisme de l’appariement des bases. Dans de nombreux cas, un segment du brin
endommagé comportant une trentaine de nucléotides chez
les eucaryotes est enlevé (excisé) par une enzyme de découpage de l’ADN (une endonucléase) et la brèche est comblée
avec des nucléotides en utilisant le brin intact comme matrice.
Les enzymes qui effectuent ce remplacement sont l’ADN polymérase et l’ADN ligase. Ce type d’intervention est appelé
réparation par excision de nucléotides (figure 16.19).
Dans les cellules de notre peau, les enzymes de réparation
de l’ADN corrigent les dommages infligés à notre matériel
génétique par les rayons ultraviolets du Soleil. La figure 16.19
illustre un type de lésion ainsi causé : la liaison covalente de
bases de thymine adjacentes sur un brin d’ADN. Les dimères
de thymine de ce type déforment l’ADN et entravent sa réplication. La maladie appelée mélanose lenticulaire progressive
(ou xeroderma pigmentosum) permet de comprendre à quel
point la réparation de tels dommages est capitale. Dans la
plupart des cas, il s’agit d’une maladie héréditaire autosomique récessive impliquant un des sept gènes responsables
du mécanisme de réparation par excision de nucléotides. Les
personnes atteintes sont extrêmement sensibles à la lumière
du Soleil et voient, entre autres choses, apparaître des plaques
pigmentées et des ulcères sur les régions cutanées exposées à
la lumière. Dans les cellules de ces plaques, les mutations
produites par les rayons ultraviolets ne sont pas corrigées.
Elles entraînent des risques élevés de provoquer un cancer de
la peau. Les personnes atteintes de cette maladie peuvent
s’appliquer sur la peau des crèmes contenant des enzymes
de réparation.
ADN parental
Hélicase
Brin directeur
Matrice
du brin
discontinu
Brin discontinu
Protéine
de liaison
ADN
pol III
ADN pol III
5’
3’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’′
5’
m Figure 16.18 Un modèle courant de complexe de réplication de
l’ADN. Deux ADN polymérases III travaillent de concert dans un complexe,
une sur chaque brin matrice. La matrice du brin discontinu forme une
boucle à travers le complexe.
1
Une synthèse de réparation
effectuée par une ADN
polymérase remplace
les nucléotides absents.
3
L’ADN ligase lie l’extrémité
libre du nouveau fragment
ajouté au brin en train d’être
corrigé, ce qui crée un brin
continu.
4
Une endonucléase
(une enzyme) excise le brin
d’ADN endommagé à
deux endroits, et la partie
endommagée est enlevée.
Endonucléase
2
ADN
ligase
ADN
polymérase
Des escouades d’enzymes
détectent les dommages subis
par l’ADN et les réparent,
comme ce dimère de thymine
(un type de lésion
fréquemment produit par
les rayons ultraviolets) qui
déforme la molécule d’ADN.
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
m Figure 16.19 La réparation de l’ADN par excision de nucléotides.
d’é preuves » dont nous venons de parler. Lors de la réparation
des mésappariements des bases, d’autres enzymes enlèvent
les paires de nucléotides mal appariées à la suite d’erreurs de
réplication et les remplacent. Les chercheurs ont commencé
à comprendre le rôle de ces enzymes de réparation lorsqu’ils
ont découvert qu’une anomalie héréditaire touchant l’une
d’entre elles est liée à une forme de cancer du côlon. Il semble
que cette anomalie permette aux erreurs cancé ro gènes de
s’accumuler dans l’ADN à une vitesse supérieure à la normale.
Des nucléotides mal appariés ou modifiés peuvent également apparaître après la réplication. En fait, l’information
génétique ainsi codée doit être entretenue. Elle exige de fréquentes réparations, parce que l’ADN subit divers types de
lésions. Les molécules d’ADN sont constamment exposées à
des agents physiques et chimiques nocifs, tels que la fumée
de cigarette et les rayons X, comme nous le verrons au chapitre 17. De plus, les bases de l’ADN subissent souvent des
modifications chimiques spontanées dans les conditions qui
existent normalement dans la cellule. Toutefois, tous ces changements dans l’ADN sont généralement corrigés avant qu’ils
ne constituent des modifications permanentes (des mutations)
qui se reproduisent au cours des réplications successives.
Chaque cellule surveille et répare son matériel génétique en
permanence. La réparation de l’ADN endommagé est essentielle à la survie de l’organisme. Il n’est donc pas surprenant
que les enzymes de réparation de l’ADN soient apparues en
si grand nombre au cours de l’évolution. On en connaît
près de 100 chez E. coli et, à ce jour, on en a identifié 130
chez les humains.
La plupart des systèmes cellulaires de réparation des
nucléotides mal appariés, que ce soit à cause de dommages
subis par l’ADN ou par suite d’erreurs de réplication, utilisent
des processus qui reposent sur le mécanisme de l’appariement des bases. Dans de nombreux cas, un segment du brin
endommagé comportant une trentaine de nucléotides chez
les eucaryotes est enlevé (excisé) par une enzyme de découpage de l’ADN (une endonucléase) et la brèche est comblée
avec des nucléotides en utilisant le brin intact comme matrice.
Les enzymes qui effectuent ce remplacement sont l’ADN polymérase et l’ADN ligase. Ce type d’intervention est appelé
réparation par excision de nucléotides (figure 16.19).
Dans les cellules de notre peau, les enzymes de réparation
de l’ADN corrigent les dommages infligés à notre matériel
génétique par les rayons ultraviolets du Soleil. La figure 16.19
illustre un type de lésion ainsi causé : la liaison covalente de
bases de thymine adjacentes sur un brin d’ADN. Les dimères
de thymine de ce type déforment l’ADN et entravent sa réplication. La maladie appelée mélanose lenticulaire progressive
(ou xeroderma pigmentosum) permet de comprendre à quel
point la réparation de tels dommages est capitale. Dans la
plupart des cas, il s’agit d’une maladie héréditaire autosomique récessive impliquant un des sept gènes responsables
du mécanisme de réparation par excision de nucléotides. Les
personnes atteintes sont extrêmement sensibles à la lumière
du Soleil et voient, entre autres choses, apparaître des plaques
pigmentées et des ulcères sur les régions cutanées exposées à
la lumière. Dans les cellules de ces plaques, les mutations
produites par les rayons ultraviolets ne sont pas corrigées.
Elles entraînent des risques élevés de provoquer un cancer de
la peau. Les personnes atteintes de cette maladie peuvent
s’appliquer sur la peau des crèmes contenant des enzymes
de réparation.
ADN parental
Hélicase
Brin directeur
Matrice
du brin
discontinu
Brin discontinu
Protéine
de liaison
ADN
pol III
ADN pol III
5’
3’
3’
5’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’′
5’
m Figure 16.18 Un modèle courant de complexe de réplication de
l’ADN. Deux ADN polymérases III travaillent de concert dans un complexe,
une sur chaque brin matrice. La matrice du brin discontinu forme une
boucle à travers le complexe.
1
Une synthèse de réparation
effectuée par une ADN
polymérase remplace
les nucléotides absents.
3
L’ADN ligase lie l’extrémité
libre du nouveau fragment
ajouté au brin en train d’être
corrigé, ce qui crée un brin
continu.
4
Une endonucléase
(une enzyme) excise le brin
d’ADN endommagé à
deux endroits, et la partie
endommagée est enlevée.
Endonucléase
2
ADN
ligase
ADN
polymérase
Des escouades d’enzymes
détectent les dommages subis
par l’ADN et les réparent,
comme ce dimère de thymine
(un type de lésion
fréquemment produit par
les rayons ultraviolets) qui
déforme la molécule d’ADN.
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
3’
5’
m Figure 16.19 La réparation de l’ADN par excision de nucléotides.