La grande diversité de lésions produites sur l’ADN a amené les organismes à développer différents systèmes de réparation qui soient capables de prendre en charge tous les types de dommages. Ce chapitre reviendra donc sur les différents systèmes de réparation connus, par contre seule la partie sur la réparation par excision de bases sera réellement développée dans le chapitre suivant car elle correspond au sujet de ce manuscrit. Les autres systèmes de réparation ne seront donc que « survolés », afin de montrer qu’ils existent, mais sans entrer dans des détails qui ne seraient pas pertinents pour la compréhension de mon travail de thèse.
I.4.1. La réparation par réversion directe
Cette voie de réparation correspond à une réparation en une seule étape enzymatique, qui permet de restituer l’information initiale sur l’ADN (Wood et al., 2005).
Des exemples d’une telle réparation ont été trouvés avec la protéine AlkB bactérienne et ses homologues fonctionnels eucaryotes ABH2 et ABH3, qui enlèvent directement les méthyles des lésions 1-Me-Adénine et 3-Me-Cytosine.
D’autre part, la monomérisation par l’enzyme Photolyase des dimères de pyrimidines induits par les rayonnements UV est aussi un mécanisme de réversion directe, et est très répandu dans la nature même si il est absent de chez les mammifères.
I.4.2. La réparation par excision et resynthèse
Cette stratégie de réparation de l’ADN comprend trois systèmes de réparation distincts : - Le système de réparation des mésappariement (MMR).
- Le système de réparation par excision de nucléotides (NER).
- Le système de réparation par excision de base (BER, ne sera pas décrit ici, car il est le sujet du chapitre suivant).
Tout d’abord, le MMR permet de réparer les mésappariements de bases et les insertions/délétions pouvant apparaitre lors de la réplication ou de la recombinaison de l’ADN (Li, 2008). Après détection par des enzymes propres au MMR, un morceau d’ADN simple brin contenant le mésappariement est éliminé via l’action d’une exonucléase, puis il y resynthèse par complémentarité avec l’autre brin. Il y a deux types de MMR, les « long-patch » (LP-MMR) et « very-short-patch » (VSP-(LP-MMR) suivant la taille de la partie d’ADN enlevée (Nimesh et al., 2006). Le VSP-MMR enlève environ 10 nucléotides, et n’intervient que sur les mésappariements spécifiques issus de bases endommagées. Le LP-MMR peut réparer tous les types de mésappariements et insertions/délétions, et peut exciser des régions d’ADN allant jusqu’à plus d’un kilobase. Le MMR comprend trois étapes :
- La reconnaissance d’un mésappariement.
- La détermination de la base incorrecte dans ce mésappariement.
- La correction du mésappariement par excision et resynthèse.
Une caractéristique importante du MMR est que cette voie de réparation est
brin-de fixer brin-des mutations. La voie brin-de reconnaissance brin-des brins est cependant encore obscure pour la plupart des organismes, hormis pour les bactéries GRAM négatives où la différence de méthylation entre le brin parent et le brin néosynthétisé est impliquée (Nimesh et al., 2006; Li, 2008). De plus, on peut dire que la plupart des ADN polymérases réplicatives possèdent une activité exonucléase 3’→5’ permettant de corriger les erreurs d’insertion qu’elles pourraient commettre (chapitre I.5.4 sur les ADN polymérases et leur implication dans la mutagénèse induite par les lésions). Cette activité dite d’édition correspond donc à un système précoce de réparation des mésappariements, qui ne nécessite pas l’intervention des protéines du système MMR à proprement parler.
Ensuite, le NER permet de réparer une très large gamme de lésions modifiant la forme de la double hélice d’ADN, telles que les dimères de pyrimidines, les pontages covalents intrabrins de l’ADN et les pontages ADN-protéines, ainsi qu’une grande variété de d’adduits chimiques encombrants de l’ADN (Nouspikel, 2008). La reconnaissance de ces lésions ne se fait pas directement, mais plutôt via les distorsions qu’elles induisent sur la double hélice d’ADN, d’où la large gamme de lésions réparables par le NER. La lésion est éliminée au sein d’un court fragment d’ADN simple brin (une douzaine de bases chez E. coli, 25-30 bases chez les eucaryotes), puis il y a resynthèse de l’information correcte par complémentarité avec l’autre brin. Le NER peut être divisé en deux voies, la voie NER sur le génome entier (GG-NER) et la voie NER couplée à la transcription (TC-(GG-NER), qui ne diffèrent que par les enzymes impliquées dans la reconnaissance des distorsions de l’ADN, et donc dans le type de distorsions reconnues. Le GG-NER répare les deux brins de l’ADN (transcrit et non transcrit) dans tout le génome, alors que le TC-NER n’est activé que sur le brin transcrit de l’ADN après une pause de l’ARN polymérase II (Frit et al., 2002).
I.4.3. La réparation des coupures double-brins - La recombinaison homologue
Ce sous-chapitre est directement adapté de l’article de Lopez en 2006. La recombinaison homologue (RH) tire partis de la possibilité d’échange de brins entre deux séquences homologues d’ADN double brin, et cela du moment que ces séquences sont suffisamment similaires pour reformer des doubles-hélices stables. La RH peut donc intervenir dans le maintien de la stabilité des génomes, mais aussi dans la diversité et l’instabilité
génétique. La RH peut aboutir à des modifications génétiques si les zones d’ADN échangées ne sont pas totalement identiques. De plus, la RH peut apparaitre sous deux formes avec et sans crossing-over, selon la voie de résolution de la jonction de Holliday.
De façon générale, la RH est impliquée dans la réparation des lésions bloquant la réplication. Les rôles les plus documentés de la RH dans la réparation de l’ADN, et donc dans le maintien de la stabilité des génomes, correspondent à son intervention dans la réparation des cassures double-brins (DSB) (et des pontages inter-brins de l’ADN). En outre, ce type de lésions bloquant la réplication, la RH peut permettre de continuer la réplication en changeant de matrice via l’utilisation de la chromatide sœur. Cependant d’autres lésions formées sur un seul brin peuvent arrêter la réplication (ex : produits de UV-C). Dans ce cas, la RH permet leur réparation avec moins de risques de mutagénèse que l’autre possibilité qui permet de résoudre ce type de lésion, en l’occurrence le recrutement d’ADN polymérase translésionnelles (ADN polymérase peu fidèles, chapitre I.5.4 sur les ADN polymérases et leur implication dans la mutagénèse induite par les lésions).
- La ligation des extrémités non-homologues
La voie de réparation par ligation des extrémités non-homologues (NHEJ) est une voie de réparation des DSB. Cette voie de réparation est présente chez tous les eucaryotes, mais absente chez certains procaryotes tels que E. coli. Le terme non-homologue du NHEJ vient du fait que les extrémités sont directement liguées sans faire appel à des régions homologues comme dans la recombinaison homologue. En fait, la NHEJ fait tout de même appel à de courtes régions homologues appelées microhomologies pour guider la réparation, qui sont souvent présentes sur de courtes extrémités simple-brins présentes au niveau des DSBs. Quand ces microhomologies sont parfaitement compatibles, la NHEJ répare généralement de façon exacte (Boulton et al., 1996; Moore et al., 1996; Wilson et al., 1999; Budman et al., 2005).
Cependant si ces extrémités ne sont pas compatibles, alors on peut voir apparaitre une mutagénèse lors de la NHEJ, souvent avec perte de nucléotides. De plus, un NHEJ sur des extrémités qui ne devraient pas être liguées peut amener des translocations de régions du génome, ainsi que des fusions de télomères (Espejel et al., 2002).
I.5. Le système BER