Le système GO procaryote et la 8-oxo-guanine

Le système GO (pour Guanine Oxydée) est une voie de réparation permettant d’éviter d’avoir à répliquer la 7,8-dihydro-8-oxo-guanine (8-oxo-G), qui est une lésion ayant des propriétés d’appariement particulières qui amènent une possible mutagénèse lors de sa réplication (chapitre I.5.4.4 sur les polymérases réplicatives et leur implication dans la mutagénèse associée aux lésions). En effet, si une guanine oxydée en 8-oxo-G est prise comme modèle lors de la réplication, on verra apparaitre un taux élevé de transversion G/C vers T/A en l’absence de réparation. De même, un 8-oxo-dGMP peut être inséré par l’ADN polymérase réplicative en face d’un modèle adénine, induisant un taux élevé de transversion A/T vers C/G en l’absence de réparation (Figures 19 et 20, adaptées de Michaels et al., 1992b) (chapitre I.5.4 sur les ADN polymérases et leur implication dans la mutagénèse induite par les lésions).

Le système GO procaryote est constitué d’au moins trois protéines, MutM (Fpg), MutY et MutT, et la définition de ce système est venue de plusieurs études sur l’effet mutateur de l’inactivation de ces trois protéines. En effet, il a été démontré que si le gène mutT est KO, on a augmentation des transversions A/T vers C/G (Yanofsky et al., 1966). De même, les KO sur les gènes mutM et/ou mutY augmentent les transversions G/C vers T/A, et ce d’autant plus si on a un double KO sur ces deux gènes (Cabrera et al., 1988; Nghiem et al., 1988; Michaels et al., 1992a). Toutes ces informations, alliées aux études sur le comportement de la 8-oxo-G lors de la réplication, ont suggéré que Fpg, MutY et MutT étaient couplées dans un système de réparation commun permettant d’éviter les effets promutagènes de la 8-oxo-G. Cependant, les activités des trois protéines dans le système sont différentes, et il est donc nécessaire de les définir (Figures 19 et 20).

L’intervention de Fpg, une ADN glycosylase/AP lyase bi-fonctionnelle de la superfamille structurale Fpg/Nei (chapitre I.5.2.3 sur les superfamilles structurales d’ADN glycosylases), dans le système GO correspond à l’excision de la G dans les paires 8-oxo-G/C (Figure 19) (Michaels et al., 1992b). Cette enzyme est la seule parmi les trois protéines du

sur les paires 8-oxo-G/A (la spécificité de Fpg sera discutée plus en détail dans le chapitre suivant, qui traitera exclusivement de cette protéine). Cette spécificité de Fpg vis-à-vis de ses substrats est cruciale, car si elle était active sur les paires 8-oxo-G/A, alors elle aurait un caractère promutagène, participant à la fixation définitive de la transversion G/C vers T/A (Figure 19). Au final, l’activité de Fpg permet d’éliminer les paires 8-oxo-G/C au profit de paires G/C, éliminant donc la possibilité de mutagénèse associée à la réplication de la 8-oxo-G, d’où l’augmentation de transversions G/C vers T/A si le gène mutM est KO.

L’intervention de MutY, une ADN glycosylase monofonctionnelle de la superfamille structurale HhH-GPD d’ADN glycosylases (Huffman et al., 2005), dans le système GO correspond à l’excision de l’adénine dans les paires 8-oxo-G/A (Figure 19). Initialement, MutY avait été décrite comme excisant les adénines des mésappariements G/A (Au et al., 1989), permettant de restaurer des paires G/C. Plus récemment, il a été montré que MutY avait aussi une activité sur les paires 8-oxo-G/A, mais ne permettait pas l’excision des cytosines dans les paires 8-oxo-G/C (Michaels et al., 1992a). Cette activité permet donc de convertir progressivement les paires 8-oxo-G/A en paires 8-oxo-G/C, qui peuvent être ensuite traitées par Fpg pour éliminer la 8-oxo-G. De plus, la limitation du nombre de paires 8-oxo-G/A au profit de paires 8-oxo-G/C permet de diminuer la possibilité de transversions G/C vers T/A issues de la réplication des paires 8-oxo-G/A. Une autre caractéristique de MutY est qu’elle reste fixée sur son produit, le site AP, empêchant Fpg d’exciser la 8-oxo-G en face d’un site AP. Cette caractéristique est importante, car si Fpg était amenée à exciser la 8-oxo-G dans une paire 8-oxo-G/AP, alors on aurait perte complète de l’information pour cette paire de base (Michaels et al., 1992b). On peut donc noter que les activités de Fpg et MutY sont complémentaires, ce qui explique que l’effet du double mutant sur les gènes mutM et MutY est plus important que la somme des effets des simples mutants correspondants (Michaels et al., 1992a).

L’intervention de MutT, dans le système GO correspond à la dégradation du 8-oxo-dGTP en 8-oxo-dGMP afin d’éviter l’incorporation de 8-oxo-dGMP lors de la réplication des adénines et cytosines (Maki et al., 1992) (Figure 20). Cette enzyme n’est donc pas une ADN glycosylase mais une dGTP-ase. De plus, MutT est active sur la dégradation du 8-oxo-dGDP en 8-oxo-dGMP, et sur les ribonucléosides correspondants (Tableau 6). Si on considère la Figure 20, alors on voit que l’inactivation du gène mutT devrait augmenter la fréquence de transversions G/C vers T/A et T/A vers G/C, or le phénotype correspondant à ce KO correspond uniquement à une augmentation de transversions T/A vers G/C. Ceci s’explique par le fait que l’incorporation de 8-oxo-dGMP en face d’un C ne pose pas de problème particulier étant donné que Fpg et MutY vont restituer une paire G/C en évitant la transversion vers une paire T/A. Par contre, si on a incorporation de 8-oxo-dGMP en face d’un A, alors MutY va être promutagène dans ce cas, induisant une transversion d’une paire T/A vers une paire G/C.

BER avec MutY BER avec Fpg

Oxydation de la guanine C G

8-oxo-G C

Réplication avec C comme modèle C G Réplication avec 8-oxo-G comme modèle

8-oxo-G C A

8-oxo-G BER avec Fpg

C G

BER avec MutY

8-oxo-G A C

8-oxo-G

Figure 19 : Première partie du système GO de E. coli. Permet d’éviter les transversions G/C vers T/A lors de la réplication d’une 8-oxo-G issue de l’oxydation d’une guanine dans l’ADN (cette transversion n’est pas représentée dans le schéma, mais serait le résultat d’un second cycle de réplication sur la paire 8-oxo-G/A). Les flèches noires représentent une réaction, les flèches bleues représentent des molécules équivalentes, et les croix rouges représentent une réaction inefficace.

I.6.2. Le système GO étendu, ou « traitement antimutagène bipartite de la