Les systèmes de réparations des lésions simple brin sont très efficaces chez les eucaryotes. Ils sont actifs tout au long du cycle cellulaire. En phase S et G2, ces mécanismes de réparation sont ATR-dépendants.
i) La réparation par excision de bases (BER)
Elle est utilisé pour réparer les modifications chimiques d’une à une dizaine de base azotées survenues par oxydation, désamination ou alkylation et pour les CSB.
Elle se déroule en 4 étapes [222] :
• Une étape de reconnaissance, puis de suppression des bases endommagées par le complexe l’ADN glycosylase/PARP-1 spécifique de la chaque base qui hydrolysent la liaison N-glycosidique entre la base anormale et le désoxyribose créant ainsi un site abasique ou AP (site apurique/apyrimidique)
• Les sites AP sont alors pris en charge par l’endonucléase APE1 qui clive la liaison phosphodiester en 5’ du site abasique aboutissant à la cassure simple brin dans l’ADN. PARP-1 recrute le facteur de réparation XRCC1.
114
• A partir de cette étape, le BER s’engage dans la réparation des CSB qui se subdivisent en deux voies distinctes selon la taille de la lésion :
- Réparation par brèche courte (short-patch) portant sur 1 nucléotide. XRRC1 va recruter puis stabiliser l’ADN polymérase β qui va combler la brèche d’un nucléotide. Puis XRRC1 va recruter l’ADN ligase III.
- Réparation par brèche longue (long-patch) portant sur 2 à 12 nucléotides. XRRC1 va recruter plusieurs intervenant dont PNK, TDP1, l’ADN ligase I et les ADN polymérases δ et ε mais également β. D’abord il y a la synthèse du brin en position 3’ au niveau de la cassure par l’ADN polymérase désignée en utilisant le brin d’ADN non-endommagé comme matrice. Puis le clivage des nucléotides déplacés en 5’ au cours du remplissage de la brèche par FEN1 (Flap endonucléase 1).
• Enfin, le complexe XRCC1-ADN ligase I ou III recruté par PARP-2 effectue la ligation. Notons que les protéines PARP-1 et PARP-2 sont définies comme des éléments clés dans ce processus de réparation [187] Une déficience de ce mécanisme (par mutation de la polymérase β et de la glycosylase MutY) est associée à une dégénérescence neurologique, un dysfonctionnement du système immunitaire, un vieillissement prématuré et une prédisposition à certains cancers [221].
115
FIGURE 21 Les deux voies du système de réparation BER [222].
Détection par le complexe PARP-1 traitements des extrémités de la cassure, remplissage de la brèche et ligation achevant la réparation de la lésion.
ii) La réparation par excision de nucléotides (NER)
Le système NER est principalement activé par les lésions liées à la structure de l’ADN induit par des adduits volumineux de l’ADN, ou des pontages intra et inter-brins. Des études récentes ont montré que ce système est couplé à la transcription des ARN. [223]
On distingue 2 types de NER :
• La réparation génomique globale (GG-NER) assurant la réparation des domaines présentant des distorsions de l’hélice d’ADN.
116
• La réparation couplée à la transcription (TC-NER) corrigeant les dommages survenant lors de l’étape d’élongation de la transcription des ARN, plus particulièrement lorsque l’ARN polymérase II est bloqué à la suite d’une lésion sur le brin matrice.
Ce système se déroule en cinq étapes [224] :
• Les lésions sont reconnues soit directement par un complexe récepteur composé des protéines XPC/RAD23B/CETN2/UV-DDB dans le système GG-NER, soit indirectement par l’ARN polymérase II dans le système TC-NER.
• Le facteur de transcription TFIIH recruté au niveau de la lésion va procéder à l’ouverture des deux brins d’ADN autour de la lésion, du fait de l’activité hélicase de sa sous-unité XPD générant ainsi 2 domaines d’ADNsb. La protéine RPA (replication protein A) recouvre l’ADNsb non-endommagé.
• Le facteur TFIIH recrute une endonucléase spécifique, XPF-ERCC1 qui est dirigée vers le brin d’ADN endommagé pour générer une incision en 5’ de la lésion. XPG est alors activée et assure le clivage en 3’ de la lésion libérant ainsi une région de 22 à 30 nucléotides comportant la lésion.
• La protéine trimérique PCNA (proliferating cell nuclear antigen) présente au niveau de l’incision 5’ recrute les ADN pol afin de synthétiser fidèlement la région d’ADN qui a été excisée.
• Les ligases permettent de finaliser la ligature de l’ADN (Figure 22.)
Une déficience du mécanisme de réparation NER entraine une prédisposition à certains cancers notamment chez les patients atteints de la maladie Xeroderma Pigmentosum (résultant de la non-fonctionnalité du système NER), mais elle peut également être impliquée dans des défauts de développement neuronal associés à un vieillissement prématuré comme cela a été décrit dans le syndrome Cockayne [225]
117
FIGURE 22 : Le système de réparation NER [224]
iii)
La réparation des mésappariements des bases (MMR)
Le système de réparation MMR joue un rôle majeur dans la correction des erreurs survenant lors de la réplication de l’ADN. Ce système constitue la deuxième ligne de défense contre les erreurs de réplications, la première étant la relecture du brin nouvellement synthétisé par l'ADN polymérase elle-même.
• Chez les eucaryotes, la reconnaissance des mésappariements se fait par le complexe protéique MutSα. MutSα va recruter MutLα présentant une activité ATPase et endonucléase. Le transfert d’énergie via l’ATP permet au complexe MutS/MutL de
118
glisser le long du brin d’ADN jusqu’à la protéine PCNA préalablement recrutée au niveau de la cassure de l’ADN par le RFC (Facteur de réplication C).
• L’activité endonucléase de MutL est alors activée ce qui génère une nouvelle CSB à proximité du mésappariement.
• L’étape d’élimination de la région affectée par le dommage est assurée par l’exonucléase 1 (Exo1) qui dégrade le brin d’ADN muté depuis la cassure jusqu’à 150 nucléotides au-delà du mésappariement. Le brin d’ADN complémentaire non-muté est protégé des nucléases cellulaires par l’association de protéines RPA.
• Le complexe de réparation se détache alors de l’ADN permettant le recrutement de l’ADN polymérase δ assurant la synthèse de la portion d’ADN à partir du brin matrice non-muté.
• Enfin, l’ADN ligase I assure la ligation de ce fragment d’ADN néosynthétisé au reste de la molécule d’ADN.
L’inactivation de la voie de réparation MMR à la suite de la mutation des gènes codant les protéines MutS et MutL engendre une augmentation de la fréquence des mutations spontanées dans la cellule et un accroissement de l’instabilité génétique, notamment dans les régions de microsatellites, aboutissant au phénotype d’instabilité des régions microsatellites (MSI) et prédisposant à la carcinogenèse. Ainsi, une déficience de MMR est à l’origine du syndrome de Lynch II, ou le Cancer colorectal héréditaire sans polypose (HNPCC). De même, il a été démontré que le syndrome de Turcot caractérisé par le développement d’une tumeur cérébrale primaire associée à de multiples adénomes colorectaux chez l’enfant serait causé par l’inactivation du MMR. [226]