Le rétablissement des fourches de réplication bloquées.

Pendant la réplication, toutes les lésions qui interférent avec la progression des ADN hélicases ou des ADN polymérases produisent un blocage ou un écroulement de la fourche de réplication et conduisent à des trous dans l’ADN ou des CDBs. Il se peut aussi que la lésion bloque l’avancement de l’ADN polymérase sans bloquer l’ADN hélicase ; de cette façon un excès d’ADN simple-brin, qui peut être ciblé par des endonucléases, sera généré. Une telle accumulation d’ADN simple-brin peut dériver aussi d’un manque de coordination entre la réplication du brin continu et celle du brin discontinu. Une cassure sur un brin peut provenir d’une exposition à des radiations ionisantes, de la présence de ROS à proximité (12), de la liaison covalente d’une topoisomérase de type I (307) ou d’autres processus cellulaires de réparation, comme la réparation par excision des bases (BER) ou le NER ; dans toutes ces circonstances, le passage de la fourche de réplication transforme la cassure dans une CDB. De plus, des expériences génétiques ont permis d’identifier de séquences d’ADN qui sont difficiles à répliquer et qui induisent naturellement un blocage de la fourche.

Il existe plusieurs voies qui permettent la réplication dans ces conditions : la synthèse translésion (TLS), le glissement du substrat par régression de la fourche (template switching) et la HR (308).

En qui concerne la HR, les étapes de réparation changent selon la position de la lésion, sur le brin continu ou sur le brin discontinu (309) (Figure 24).

Figure 24. Rétablissement des fourches de réplication bloquées par Recombinaison Homologue. (a) Si la lésion se trouve sur le brin continu, la fourche peut être coupée par une endonucléase en générant une cassure qui peut être réparée par un mécanisme analogue au BIR. Une deuxième possibilité est une interruption de la synthèse, reprise quelques bases en aval; le trou sera réparé par recombinaison. Une troisième possibilité consiste dans la régression de la fourche. (b) Si la lésion se trouve sur le brin discontinu, le filament présynaptique peut se former sur le brin intègre qui n’a pas de lésion ou sur le brin endommagé. Pour les détails suivre le texte. (D’après Li X and Heyer WD, 2008).

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Figure 24. Rétablissement des fourches de réplication bloquées par Recombinaison Homologue. (a) Si la lésion se trouve sur le brin continu, la fourche peut être coupée par une endonucléase en générant une cassure qui peut être réparée par un mécanisme analogue au BIR. Une deuxième possibilité est une interruption de la synthèse, reprise quelques bases en aval; le trou sera réparé par recombinaison. Une troisième possibilité consiste dans la régression de la fourche. (b) Si la lésion se trouve sur le brin discontinu, le filament présynaptique peut se former sur le brin intègre qui n’a pas de lésion ou sur le brin endommagé. Pour les détails suivre le texte. (D’après Li X and Heyer WD, 2008).

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Si la lésion se trouve sur le brin continu (Figure 24a), la fourche peut être coupée par une endonucléase en générant une cassure sur une seule des chromatides. Cette cassure peut être réparée par un mécanisme de BIR, qui implique l’invasion d’un brin d’ADN et le rétablissement de la fourche.

Une deuxième possibilité consiste dans l’interruption de la synthèse et la reprise de celle-ci quelques bases en aval ; le trou ainsi formé peut être réparé ensuite par recombinaison.

La troisième possibilité prévoit une régression de la fourche qui forme une structure particulière, appelée « pied de poulet » (chicken foot), où le brin discontinu synthétisé est utilisé comme substrat pour la synthèse du brin continu ; le renversement de cette structure permet de dépasser la lésion et la fourche peut poursuivre ; la lésion peut être réparée ensuite par recombinaison ou être tolérée. Ce glissement du substrat n’implique pas une étape

d’invasion du brin et pour cela, il est probablement indépendant de Rad51. Par contre, il implique probablement l’action de RPA et de Rad52.

Si la lésion se trouve sur le brin discontinu (Figure 24b), dans la plupart des cas elle est réparée par recombinaison avec formation de la D-loop et d’une simple ou d’une double jonction de Holliday. Autrement elle est dépassée tout simplement par l’action d’une ADN polymérase translésion.

Quand ces lésions sont réparées par recombinaison, celle-ci peut se dérouler de deux façons. Dans un cas, le brin intègre qui n’a pas la lésion sert de substrat pour la formation du filament présynaptique par Rad51 ; dans l’autre cas, le filament de Rad51 se forme sur le brin cassé. Pour le rétablissement d’une fourche bloquée ou cassée, la HR parait être le mécanisme qui donne les meilleures résolutions. Les travaux dans les bactéries montrent que le passage critique consiste dans le rechargement de l’ADN hélicase ; dans ces organismes, la PriA 3’→5’ hélicase possède un rôle fondamental. Mais son équivalent dans les eucaryotes supérieurs n’a pas été identifié.

Il faut remarquer que la recombinaison au niveau des fourches de réplication implique des étapes différentes de la recombinaison au niveau d’une CDB ; cela impose l’intervention de facteurs supplémentaires spécifiques qui ne sont pas nécessaire à la réparation d’une CDB. Encore une fois, nous ne connaissons pas tous les facteurs impliqués chez les eucaryotes supérieurs.

Une étude récente implique dans ce mécanisme, deux paralogues de Rad51, XRCC2 et Rad51D (310).

Un rôle important dans ce domaine peut être joué aussi par la famille XPF/MUS81 récemment identifiée.