Pathologies associées aux anomalies de la réparation de la voie NER

Trois pathologies autosomiques récessives rares sont associées aux mutations de gènes impliqués dans la voie NER : (1) le Xeroderma Pigmentosum (XP), (2) le syndrome de Cockayne (CS), et (3) la Trichothiodistrophie (TTD) (Lehmann 2003 ; Cleaver 2005).

27 1.2.3.1.1. Le Xeroderma Pigmentosum (XP)

Le XP est une maladie multigénique caractérisée principalement par une hypersensibilité des patients aux ultraviolets avec un risque accru de cancer de la peau (> 1000 fois). Une activation des oncogènes ras, Ink4a-Arf et p53, ainsi que de nombreuses altérations de plusieurs protéines partenaires et une prédominance de transition C>T ont été rapportées dans les tumeurs de la peau (Daya-Grosjean and Sarasin 2005). Sept groupes de complémentation ont été identifiés chez les patients XP (XP–A à G). Un huitième gène POLH est à l’origine d’un variant de XP (XP–V) non associé à un défaut dans la voie NER, mais à une synthèse translésionnelle.

La majorité des mutations identifiées dans XP-C codent pour une protéine tronquée avec une perte de fonction. Les mutations dans XPC sont plus fréquentes, suivies de celles dans XP-E chez les patients XP. En général, le niveau de synthèse/réparation dans les cellules de patients XP-E est de l’ordre de 50 à 80 % par rapport à celui de cellules normales. Les patients XP-A présentent une sensibilité accrue UV que ceux qui sont XP–C. Peu de patients XP-B sont compatibles avec la vie puisque celui-ci joue un rôle majeur dans l’initiation de la transcription. 1.2.3.1.2. Le syndrome de Cockayne (CS)

Ce syndrome combine l’hypersensibilité aux UV, caractéristique du XP, aggravée par des troubles neurologiques, une dysmorphie faciale avec un retard mental et de croissance staturo-pondérale (Nance and Berry 1992). De plus, le CS est associé à une perte de l’audition, et des atteintes oculaires comme la rétinopathie pigmentaire et la cataracte pendant les trois premières années de vie, avec une espérance de vie située autour de 12,5 ans (Nance and Berry 1992). Deux groupes de complémentation sont décrits dans le CS : CS–A et CS–B, impliqués dans la voie TC-NER. Aucune prédisposition au cancer n’est observée dans le CS. Toutefois, une induction d’apoptose avec un blocage de la progression du cycle cellulaire des cellules de l'épiderme a été rapportée dans les souris knock out pour CS-B (van Oosten et al. 2000).

1.2.3.1.3. La Trichothiodystrophie (TTD)

Cette pathologie s’apparente au syndrome de Cockayne, mais s’accompagne d’autres manifestations comme les cheveux ultra–cassants, une extrême sécheresse de la peau, un retard mental, une hypofertilité ainsi qu’un nanisme (Itin et al. 2001). Des mutations dans les gènes XPB et XPD sont associées à la TTD.

28 1.2.4. Réparation des mésappariements d’ADN (système MMR)

Le système MMR est un système de réparation post–réplicationnelle d’ADN. Il participe également au maintien de l’intégrité du génome et est conservé depuis les bactéries jusqu’aux mammifères. Ce système reconnaît et corrige les erreurs de réplication ayant échappé à l’ADN polymérase, plus particulièrement les mésappariements de bases et les petites insertions/délétions.

En plus de ce rôle majeur, les protéines du système MMR interviennent dans la réparation des cassures double brin par le mécanisme NHEJ au cours de la phase G1 du cycle cellulaire (Jiricny 2006).

Chez les eucaryotes la reconnaissance des mésappariements est initiée par MutS# composé de l’hétérodimère hMSH2/hMSH6 qui, après un changement conformationnel ATP–dépendant, recrute l’hétérodimère hMLHl/hPMS2 (Li, G. M. and Modrich 1995) (Figure I.11). Ce complexe peut se lier aux mésappariements de bases et aux boucles des petites insertions/délétions constituées d’un ou de deux nucléotides. Dans la recherche des discontinuités au sein de la molécule d’ADN, ce complexe se déplace le long de l’ADN, et ce dans le sens 3’ ou 5’. À la rencontre d’une discontinuité de brin d’ADN (représentée par un cercle bleu sur la Figure I.11), ce complexe recrute une exonucléase (EXO1) qui initie la dégradation du brin d’ADN en direction du mésappariement. La stabilisation de l’ADN simple brin se fait grâce à la protéine RPA, si EXO1 se dissociait avant que le complexe n’atteigne la lésion. Une nouvelle formation du complexe hMSH2/hMSH6/hMLHl/hPMS2 au niveau du mésappariement va stimuler la dégradation exonucléolytique. Une troisième répétition de ce processus permet l’élimination du mésappariement. Une ADN polymérase et une ligase restaurent la continuité de l’ADN.

La reconnaissance de la lésion peut aussi être initiée par MutS! composé de (MSH2-MSH3) qui se lie aux boucles d’insertions/délétions plus grande, ayant entre 2 et 8 nucléotides (Blount and Ames 1995 ; Duthie et al. 2002). Dans ce cas, les complexes MutL# (MLH1-PMS1) et MutL$ (MLH1-MLH2) interviennent dans l’excision et la réparation des mésappariements. D’autres acteurs comme EXO1, RPA (Replication protein A), de RFC (Replication Factor C), PCNA (proliferating cell nuclear antigen) sont également impliqués dans ce processus d’excision/réparation.

29 Figure I.11. Mécanisme de réparation des mésappariements d’ADN (adapté selon Stojic

30 1.3. Association entre le statut en donneur de méthyles et stabilité génomique

Folates et vitamine B12 (cobalamines) sont deux vitamines du groupe B ayant une fonction de coenzyme assurant, avec des enzymes spécifiques, le transfert de radicaux monocarbonés regroupé sous le terme de ‘métabolisme monocarboné’. Ces radicaux monocarbonés sont impliqués dans différentes réactions de méthylation telles que la reméthylation de l’homocystéine en méthionine, la synthèse des thymidylates à partir des désoxyuridine (dUMP) ainsi que la méthylation des cytosines d’ADN. Une carence en folates peut entraîner un défaut de méthylation et de réparation d’ADN et contribuer à la carcinogenèse (Figure I.12).

Figure I.12. Cycle du métabolisme des monocarbones et sa relation avec la carcinogenèse Abréviations : AHCY : Adénosylhomocystéine ; BHMT : Bétaïne homocystéine méthyltransférase ; DNMT : DNA méthyltransférase, DHFR : Dihydrofolate réductase, Hcy : homocystéine ; MAT : méthionine adénosyl-transférase ; MTHFR : Méthylène tétrahydrofolate réductase ; MS : Méthionine synthase ; MSR : Méthionine synthase réductase ; SAM : S-adénosylméthionine ; SAH : S-adénosylhomocystéine ; SHMT : sérine hydroxyméthyltransférase 1 ; TYMS : Thymidylate synthase

La MTHFR, enzyme clé du métabolisme des folates convertit, de manière irréversible, la 5, 10 méthylène–THF en 5-méthyl-THF, donneur de groupement méthyle permettant la conversion de l’Hcy en méthionine. Dans le cycle de la méthionine, la 5-méthyl THF intervient dans la

Bétaïne DMG Vit B12 5,10-CH2-THF THF FADH2 Sérine Glycine 7, 8-DHF dUMP NADPH, H+ NADP DHFR SHMT MSR dTMP 5-CH3-THF FAD Folates alimentaires H2O Adénosine SAM Méthionine SAH DNMT MAT ^MÉTHYLATION ATP PPi + Pi

DNA, histones etc.

MS Hcy NAD+ AHCY CH3 Activation des proto-oncogènes Hypométhylation

Biosynthèse Misincorporation Biosynthèse purine pyrimidine (thymidine) d’uracile (adénosine, guanine)

Synthèse d’ADN Prolifération Réparation d’ADN

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reméthylation de l’Hcy en méthionine, qui est ensuite métabolisée en S–adénosylméthionine (SAM), principale donneur de groupement méthyles dans la plupart des réactions cellulaires. La dUMP est convertie en thymidine monophosphate (TMP) par la thymidylate synthase (TS) grâce à la 5,10–méthylène THF comme donneur de méthyles. La production continue de ces précurseurs d’ADN est essentielle pour la synthèse et la réparation de l'ADN. La disponibilité ainsi que l’équilibre de ces désoxyribonucléosides dans le pool d’oligonucléosides sont essentiels pour la fidélité de la synthèse et la réparation de l’ADN.