R??paration de l'ADN

dommages ?? l'ADN r??sultant dans plusieurs chromosomes cass??s

R??paration de l'ADN est un ensemble de processus par lequel une cellule d??tecte et corrige les dommages aux ADN qui codent pour des mol??cules sa g??nome. Dans les cellules humaines, ?? la fois normale activit??s m??taboliques et les facteurs environnementaux tels que les UV et la lumi??re rayonnement peut causer des dommages ?? l'ADN, r??sultant en autant que 1 millions de particuliers l??sions mol??culaires par cellule par jour. Beaucoup de ces l??sions causer des dommages structurels ?? la mol??cule d'ADN et peuvent alt??rer ou ??liminer la capacit?? de la cellule ?? transcrire la g??ne qui code pour l'ADN concern??. Autres l??sions induisent potentiellement dangereux des mutations dans le g??nome de la cellule, qui affectent la survie des cellules filles apr??s qu'il subit la mitose. En cons??quence, le processus de r??paration de l'ADN est constamment actif en tant qu'elle r??pond ?? endommager la structure de l'ADN. Lorsque les processus normaux de r??paration ??chouent, et quand cellulaire apoptose ne se produit pas, irr??parables dommages ?? l'ADN peut se produire, y compris des cassures double brin et r??ticulations d'ADN (de r??ticule interbrins ou CIST).

Le taux de r??paration de l'ADN d??pend de nombreux facteurs, dont le type cellulaire, l'??ge de la cellule et le milieu extracellulaire. Une cellule qui a accumul?? une grande quantit?? de dommages ?? l'ADN, ou celui qui ne est plus efficace r??pare les dommages encourus ?? son ADN, peut entrer dans l'un des trois ??tats possibles:

1. un ??tat irr??versible de dormance, connu sous le nom s??nescence
2. suicide cellulaire, ??galement connu sous le nom ou l'apoptose la mort cellulaire programm??e
3. la division cellulaire non r??gul??e, ce qui peut conduire ?? la formation d'une que la tumeur est canc??reuse

La capacit?? de r??paration de l'ADN d'une cellule est essentiel pour l'int??grit?? de son g??nome, et donc ?? son fonctionnement normal et celle de l'organisme. De nombreux g??nes qui ont ??t?? initialement pr??sent??es ?? influencer la dur??e de vie ont av??r?? ??tre impliqu?? dans l'ADN r??paration des dommages et de la protection. D??faut de corriger l??sions mol??culaires dans les cellules qui forment gam??tes peuvent introduire des mutations dans le g??nome de la descendance et influencer ainsi le taux de l'??volution .

Dommages ?? l'ADN

l??sions de l'ADN, en raison de facteurs environnementaux et normale processus m??taboliques int??rieur de la cellule, se produit ?? une vitesse de 1000 ?? 1000000 l??sions mol??culaires par cellule par jour. Bien que cela ne constitue 0.000165% d'environ 6 milliards de bases du g??nome humain (3 milliards de paires de bases), des l??sions non r??par??es dans les g??nes critiques (tels que suppresseur de tumeur des g??nes) peut nuire ?? la capacit?? d'une cellule ?? remplir sa fonction et sensiblement augmenter la probabilit?? de la formation de tumeurs.

La grande majorit?? des l??sions de l'ADN affecte la structure primaire de la double h??lice; autrement dit, les bases elles-m??mes sont modifi??es chimiquement. Ces modifications peuvent ?? leur tour perturber structure h??lico??dale r??guli??re des mol??cules en introduisant des liaisons chimiques non indig??nes ou des adduits volumineux qui ne entrent pas dans la double h??lice standard. Contrairement aux prot??ines et ARN, l'ADN n'a pas habituellement structure tertiaire et donc d??g??ts ou des perturbations ne se produisent pas ?? ce niveau. L'ADN est, toutefois, surenroul??s prot??ines et enroul??s autour de ??packaging?? appel??s histones (chez les eucaryotes), et les deux superstructures sont vuln??rables aux effets des dommages de l'ADN.

Types de dommages

Il ya cinq principaux types de dommages ?? l'ADN dus ?? des processus cellulaires endog??nes:

1. oxydation des bases [par exemple, 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG)] et la g??n??ration d'interruptions brins d'ADN provenant d'esp??ces r??actives de l'oxyg??ne,
2. alkylation de bases (habituellement la m??thylation), tels que la formation de la 7-m??thylguanine, la 1-m??thylad??nine, 6-O-m??thylguanine
3. hydrolyse de bases, telles que d??samination, d??purination et d??pyrimidination.
4. "La formation d'adduits volumineux" (ce est ?? dire, le benzo [a] pyr??ne diol ??poxyde-dG addition, aristolactam addition I-dA)
5. inad??quation des bases, en raison d'erreurs dans r??plication de l'ADN, dans lequel la base de l'ADN mal est cousue en place dans un brin d'ADN nouvellement form??, ou une base de l'ADN est ignor??e ou ins??r??e par erreur.

Les dommages caus??s par des agents exog??nes prend de nombreuses formes. Certains exemples sont les suivants:

1. UV-B provoque r??ticulation entre cytosine adjacente et bases thymine cr??ation dim??res de pyrimidine. Cela se appelle dommages ?? l'ADN directe.
2. Lumi??re UV-A cr??e des radicaux plupart gratuites. Les dommages caus??s par les radicaux libres est appel?? dommages ?? l'ADN indirecte.
3. Le rayonnement ionisant tel que celui cr???? par la d??sint??gration radioactive ou les rayons cosmiques provoquent des ruptures dans les brins d'ADN. Rayonnements ionisants ?? faible niveau peut provoquer des l??sions de l'ADN irr??parable (conduisant ?? replicational et les erreurs de transcription n??cessaires ?? la n??oplasie ou peut d??clencher des interactions virales) conduisant ?? une pr??-maturit?? vieillissement et le cancer.
4. Perturbation thermique ?? temp??rature ??lev??e augmente le taux de d??purination (perte de bases de purine de l'??pine dorsale de l'ADN) et l??sions simple-brin. Par exemple, la d??purination hydrolytique est vu dans le bact??ries thermophiles, qui poussent en sources chaudes de 40-80 ?? C. Le taux de d??purination (300 r??sidus de purine par g??nome par g??n??ration) est trop ??lev??e dans ces esp??ces pour ??tre r??par?? par les machines de r??paration normale, d'o?? la possibilit?? d'un r??ponse adaptative ne peut pas ??tre exclue.
5. Produits chimiques industriels tels que le chlorure de vinyle et de peroxyde d'hydrog??ne , et les produits chimiques environnementaux, tels que hydrocarbures aromatiques polycycliques pr??sents dans la fum??e, la suie et le goudron de cr??er une grande diversit?? de l'ADN adducts- ethenobases, bases oxyd??es, phosphotriesters alkyl??s et R??ticulation de l'ADN ne en nommer que quelques-uns.

Les rayons UV, alkylation / m??thylation, les dommages des rayons X et des dommages oxydatifs sont des exemples de dommages induits. Dommages spontan??e peut inclure la perte d'une base, d??samination, plissement de la bague de sucre et changement tautom??re.

Nucl??aire contre les dommages de l'ADN mitochondrial

Dans les cellules humaines, et les eucaryotes cellules en g??n??ral, l'ADN se trouve dans deux des emplacements cellulaires - ?? l'int??rieur du noyau et ?? l'int??rieur des mitochondries . ADN nucl??aire (ADN natif) existe en tant que chromatine au cours des ??tapes non r??plicatifs du cycle cellulaire et est condens?? dans les structures d'agr??gats appel??s chromosomes pendant la division cellulaire. Dans les deux ??tat de l'ADN est tr??s compact?? et enroul?? autour de prot??ines en forme de perles appel??s histones. Chaque fois qu'une cellule a besoin d'exprimer l'information g??n??tique cod??e dans son ADNn la r??gion chromosomique requis est d??m??l??, les g??nes qui s'y trouvent sont exprim??s, puis la r??gion est condens?? ?? sa conformation de repos. ADN mitochondrial (ADNmt) est situ?? ?? l'int??rieur des mitochondries organelles, existent en plusieurs exemplaires, et est ??galement ??troitement associ??s ?? un certain nombre de prot??ines pour former un complexe connu sous le nucl??o??de. A l'int??rieur des mitochondries, esp??ces r??actives de l'oxyg??ne (ROS), ou radicaux libres, des sous-produits de la production constante de l'ad??nosine triphosphate (ATP) par l'interm??diaire phosphorylation oxydative, cr??er un environnement hautement oxydatif qui est connue pour endommager l'ADN mitochondrial. Une enzyme essentielle dans la lutte contre la toxicit?? de ces esp??ces est la superoxyde dismutase, qui est pr??sent ?? la fois dans les mitochondries et cytoplasme de cellules eucaryotes.

S??nescence et l'apoptose

La s??nescence, un ??tat irr??versible dans lequel la cellule ne est plus divise, est une r??ponse protectrice pour le raccourcissement de la extr??mit??s des chromosomes. Les t??lom??res sont de longues r??gions r??p??titives ADN non codant ce plafond chromosomes et subissent une d??gradation partielle chaque fois qu'une cellule subit division (voir Limite de Hayflick). En revanche, quiescence est un ??tat r??versible de la dormance cellulaire qui ne est pas li??e ?? des dommages du g??nome (voir cycle cellulaire). S??nescence dans les cellules peut servir comme une alternative fonctionnelle ?? l'apoptose dans les cas o?? la pr??sence physique d'une cellule pour des raisons spatiales est requise par l'organisme, qui sert de "dernier recours" m??canisme pour emp??cher une cellule avec l'ADN endommag?? de se r??pliquer de fa??on inappropri??e dans le absence de pro-croissance la signalisation cellulaire. La division cellulaire non r??gul??e peut conduire ?? la formation d'une tumeur (voir cancer ), qui est potentiellement mortelle pour un organisme. Par cons??quent, l'induction de la s??nescence et l'apoptose est consid??r?? comme faisant partie d'une strat??gie de protection contre le cancer.

dommages ?? l'ADN et la mutation

Il est important de distinguer les l??sions de l'ADN et de mutation, les deux principaux types d'erreurs dans l'ADN. dommages de l'ADN et la mutation sont fondamentalement diff??rents. Les d??g??ts sont anomalies physiques dans l'ADN, telles que les pauses simple et double brin, R??sidus 8-hydroxyd??soxyguanosine, et les adduits d'hydrocarbures aromatiques polycycliques. dommages ?? l'ADN peuvent ??tre reconnues par des enzymes, et par cons??quent, ils peuvent ??tre correctement r??par??es si des informations redondantes, telle que la s??quence non endommag?? dans le brin d'ADN compl??mentaire ou homologue dans un chromosome, est disponible pour la copie. Si une cellule conserve dommages ?? l'ADN, la transcription d'un g??ne peut ??tre emp??ch??, et, par cons??quent, la traduction en une prot??ine sera ??galement bloqu??. La r??plication peut ??galement ??tre bloqu?? et / ou la cellule peut mourir.

Contrairement aux dommages ?? l'ADN, une mutation est un changement dans la s??quence de bases de l'ADN. Une mutation ne peut pas ??tre reconnu par des enzymes une fois que le changement de base est pr??sent dans les deux brins d'ADN et, par cons??quent, une mutation ne peut ??tre r??par??. Au niveau cellulaire, les mutations peuvent causer des alt??rations de la fonction de la prot??ine et de la r??glementation. Les mutations sont r??pliqu??es lorsque la cellule r??plique. Dans une population de cellules, les cellules mutantes vont augmenter ou diminuer la fr??quence d'apr??s les effets de la mutation sur la capacit?? de la cellule de survivre et se reproduire. Bien que nettement diff??rent les uns des autres, des dommages de l'ADN et les mutations sont li??es parce dommages de l'ADN provoquent des erreurs de synth??se de l'ADN lors de la r??plication ou de la r??paration souvent; ces erreurs sont une source majeure de mutation.

Compte tenu de ces propri??t??s d'endommagement de l'ADN et de la mutation, il peut ??tre vu que les l??sions de l'ADN sont un probl??me particulier dans la non-s??paration divisant lentement ou cellules, o?? les dommages non r??par??s auront tendance ?? se accumuler avec le temps. D'autre part, dans les cellules ?? division rapide, des dommages d'ADN non r??par??es qui ne tuent pas les cellules en bloquant la r??plication aura tendance ?? provoquer des erreurs de r??plication et donc mutation. La grande majorit?? des mutations qui ne sont pas neutres dans leurs effets sont d??l??t??res pour la survie de la cellule. Ainsi, dans une population de cellules comprenant un tissu avec la r??plication des cellules, les cellules mutantes ont tendance ?? ??tre perdues. Cependant, des mutations rares qui fournissent un avantage de survie ont tendance ?? d??velopper par clonage au d??triment des cellules voisines dans le tissu. Cet avantage de la cellule est d??savantageux pour l'ensemble de l'organisme, car de telles cellules mutantes peuvent donner lieu ?? un cancer. Ainsi, les dommages de l'ADN dans les cellules en division fr??quemment, parce qu'ils donnent lieu ?? des mutations, sont une cause importante de cancer. En revanche, les dommages de l'ADN en divisant rarement cellules sont probablement une cause importante du vieillissement.

Les m??canismes de r??paration d'ADN

Simple brin et des dommages de l'ADN double brin

Les cellules ne peuvent pas fonctionner si les dommages de l'ADN corrompt l'int??grit?? et l'accessibilit?? des informations essentielles dans le g??nome (mais les cellules restent en surface fonctionnelle lorsque g??nes dits "non essentiels" sont manquants ou endommag??s). Selon le type de dommages inflig??s ?? la structure en double h??lice de l'ADN, une vari??t?? de strat??gies de r??paration ont ??volu?? pour restaurer les informations perdues. Si possible, les cellules utilisent le brin compl??mentaire non modifi??e de l'ADN ou la s??ur chromatides comme matrice pour r??cup??rer l'information originale. Sans acc??s ?? un mod??le, les cellules utilisent un m??canisme de r??cup??ration d'erreurs appel??e synth??se trans comme un dernier recours.

Les dommages ?? l'ADN modifie la configuration spatiale de l'h??lice, et de telles modifications peuvent ??tre d??tect??es par la cellule. Une fois les dommages est localis??, des mol??cules sp??cifiques de r??paration d'ADN se lient ?? ou pr??s du site de la l??sion, inciter d'autres mol??cules de lier et former un complexe qui permet la r??paration r??elle avoir lieu.

Inversion directe

Les cellules sont connues pour ??liminer trois types de dommages ?? leur ADN en inversant chimiquement. Ces m??canismes ne ont pas besoin d'un mod??le, ??tant donn?? que les types de dommages qu'ils neutralisent peuvent se produire dans un seul des quatre bases. Ces m??canismes d'inversion directs sont sp??cifiques au type de pr??judice subi et ne impliquent pas la rupture du squelette phosphodiester. La formation de les dim??res de pyrimidine lors de l'irradiation avec les r??sultats de la lumi??re UV dans une liaison covalente entre anormal bases pyrimidiques adjacentes. Le processus de photor??activation inverse directement ces dommages par l'action de l'enzyme photolyase, dont l'activation est obligatoirement d??pendante de l'??nergie absorb??e par bleu clair / UV (300-500 nm longueur d'onde) pour promouvoir la catalyse. Un autre type de dommage, la m??thylation des bases guanine, est directement inverse de la prot??ine transf??rase m??thyl guanine de m??thyle (MGMT), l'??quivalent de bact??ries que l'on appelle OGT. Ce est un processus co??teux parce que chaque mol??cule de MGMT peut ??tre utilis?? qu'une seule fois; ?? savoir la r??action est stoechiom??trique plut??t que catalyseur . Une r??ponse g??n??ralis??e ?? des agents de m??thylation dans des bact??ries est connu comme le r??ponse adaptative et conf??re un niveau de r??sistance aux agents lors d'une exposition soutenue par alkylation r??gulation positive des enzymes alkylation de r??paration. Le troisi??me type de dommages ?? l'ADN par les cellules invers??e est certain m??thylation de la cytosine et bases ad??nine.

Dommages simple brin

Structure de la base-excision enzyme de r??paration l'uracile-ADN glycosylase. Le r??sidu uracile se affiche en jaune.

Lorsqu'un seul des deux brins d'une double h??lice a un d??faut, l'autre brin peut ??tre utilis?? comme un mod??le pour guider la correction du brin endommag??. Afin de r??parer les dommages caus??s ?? l'une des deux paires de mol??cules d'ADN, il existe un certain nombre de m??canismes r??paration par excision de nucl??otide qui ??liminent endommag?? et le remplacer par un nucl??otide en bon ??tat compl??mentaire ?? celle trouv??e dans le brin d'ADN endommag??.

1. Base de r??paration excision (BER), qui r??pare les dommages ?? une base unique caus??s par l'oxydation, alkylation, l'hydrolyse ou d??samination. La base endommag??e est retir??e par un ADN glycosylase. La "dent manquante" est alors reconnu par une enzyme appel??e AP endonucl??ase, qui coupe le Liaison phosphodiester. La partie manquante est alors resynth??tis?? par un ADN polym??rase, et une ADN ligase effectue la derni??re ??tape nick-??tanch??it??.
2. Excision de nucl??otides r??paration (TNS), qui reconna??t, l??sions de l'h??lice qui faussent volumineux tels que dim??res de pyrimidine et 6,4 photoproduits. Une forme sp??cialis??e de TNS connu sous le nom r??paration coupl??e ?? la transcription d??ploie enzymes de TNS ?? des g??nes qui sont activement transcrit.
3. R??paration des m??sappariements (MMR), qui corrige les erreurs de r??plication de l'ADN et recombinaison qui r??sultent en nucl??otides mispaired (mais en bon ??tat).
   

Cassures double brin

Double-brin pauses, dans lequel les deux brins de la double h??lice sont sectionn??s, sont particuli??rement dangereux pour la cellule car ils peuvent conduire ?? des r??arrangements g??nomiques. Trois m??canismes existent pour r??parer les cassures double brin (CDB): fin non homologue de jonction (NHEJ), microhomology m??diation extr??mit?? de jonction (MMEJ), et la recombinaison homologue. PVN Acharya a not?? que cassures double-brin et une ??r??ticulation joindre les deux brins au m??me point est irr??parable parce que ni brin peut ensuite servir de mod??le pour la r??paration. La cellule va mourir dans la prochaine mitose ou, dans certains cas rares, muter ??.

ligase d'ADN, la r??paration des dommages indiqu??e ci-dessus chromosomique, est une enzyme qui joint ensemble nucleotides bris??s en catalysant la formation d'un internucl??otidique liaison ester entre le squelette phosphate des nucl??otides et d??soxyribose.

Dans NHEJ, L'ADN ligase IV, une soci??t?? sp??cialis??e ADN ligase qui forme un complexe avec le cofacteur XRCC4, rejoint directement les deux extr??mit??s. Pour guider la r??paration pr??cise, NHEJ se appuie sur de courtes s??quences homologues appel??s microhomologies pr??sent sur les queues simple brin de l'ADN se termine ?? assembler. Si ces surplombs sont compatibles, la r??paration est g??n??ralement pr??cis. NHEJ peut ??galement introduire des mutations lors de la r??paration. Perte de nucl??otides endommag??s sur le site de rupture peut conduire ?? des suppressions, et de rejoindre des formes diff??rentes se Termini translocations. NHEJ est particuli??rement important avant que la cellule a r??pliqu?? son ADN, car il n'y a pas de mod??le disponible pour la r??paration par recombinaison homologue. Il ya "Backup" voies de NHEJ en plus ??lev??s eucaryotes . Outre son r??le de gardien du g??nome, NHEJ est n??cessaire pour rejoindre cassures double-brin en ??pingle ?? cheveux coiff??s induits lors V (D) J recombinaison, le processus qui g??n??re la diversit?? en Des cellules B et R??cepteurs des cellules T dans le vert??br?? syst??me immunitaire .

La recombinaison homologue n??cessite la pr??sence d'une s??quence identique ou pratiquement identique ?? ??tre utilis?? comme matrice pour la r??paration de la cassure. Le m??canisme responsable de ce processus de r??paration enzymatique est presque identique ?? la machine responsable croisement chromosomique pendant la m??iose. Cette voie permet un chromosome endommag?? pour ??tre r??par?? en utilisant une s??ur chromatides (disponible dans G2 apr??s replication de l'ADN) ou d'un chromosome homologue en tant que matrice. CDB caus??s par la machinerie de r??plication de tenter de synth??tiser sur un saut simple brin ou r??par?? la cause de la l??sion effondrement du fourche de r??plication et sont g??n??ralement r??par??s par recombinaison.

Topoisom??rases introduire deux pauses simple et double-brin dans le cadre de l'??volution de l'??tat de l'ADN de superenroulement, qui est particuli??rement fr??quente dans les r??gions ?? proximit?? d'une fourche de r??plication ouverte. Ces pauses ne sont pas consid??r??s comme des dommages de l'ADN, car ils sont un interm??diaire naturel dans le m??canisme biochimique de la topoisom??rase et sont imm??diatement r??par??es par les enzymes qui les ont cr????s.

Une ??quipe de chercheurs fran??ais a bombard?? Deinococcus radiodurans pour ??tudier le m??canisme de double brin r??paration de l'ADN de rupture dans cet organisme. Au moins deux copies du g??nome, avec des pauses al??atoires d'ADN peuvent former des fragments d'ADN ?? travers recuit. Partiellement fragments se chevauchent sont ensuite utilis??s pour la synth??se des des r??gions homologues ?? travers un d??placement D-boucle qui peut continuer l'extension jusqu'?? ce qu'ils trouvent brins compl??mentaires des partenaires. Dans la derni??re ??tape, il est croisement au moyen de RecA-d??pendante la recombinaison homologue.

synth??se trans

synth??se trans (TLS) est un proc??d?? de tol??rance aux dommages ?? l'ADN qui permet la machinerie de replication d'ADN ?? r??pliquer derni??res l??sions de l'ADN, tels que dim??res de thymine ou Sites AP. Il se agit de commutation sur r??guli??re Les ADN polymerases de polym??rases sp??cialis??es transl??sionnelles (c.-?? ADN polymerase IV ou V, la polym??rase de la famille Y), souvent avec des sites actifs plus importantes qui peuvent faciliter l'insertion des bases oppos??es nucleotides endommag??s. La commutation de la polym??rase est cens??e ??tre m??di??e par, entre autres facteurs, la modification post-traductionnelle de la replication facteur de processivit?? PCNA. polym??rases synth??se trans ont souvent une faible fid??lit?? (forte propension ?? ins??rer bases mauvaises) sur les mod??les bon ??tat par rapport ?? polym??rases r??guliers. Cependant, beaucoup sont extr??mement efficaces pour l'insertion des bases correctes oppos??s types sp??cifiques de dommages. Par exemple, Pol η m??die d??rivation sans erreur des l??sions induites par l'irradiation UV , alors que Pol ι introduit des mutations dans ces sites. Pol η est connu d'ajouter la premi??re ad??nine ?? travers la T ^ T photodim??re aide Watson-Crick de base et la seconde ad??nine seront ajout??es dans sa conformation syn l'aide Appariement de bases de Hoogsteen. Du point de vue cellulaire, risquer l'introduction de mutations ponctuelles pendant synth??se trans peut ??tre pr??f??rable de recourir ?? des m??canismes plus drastiques de r??paration de l'ADN, ce qui peut provoquer des aberrations chromosomiques bruts ou mort cellulaire. En bref, le processus implique sp??cialis??e polym??rases soit en contournant ou la r??paration des l??sions ?? des endroits de r??plication de l'ADN au point mort. ADN polym??rase eta peut contourner l??sions de l'ADN par exemple trop complexes guanine-thymine r??ticulation intra-brin, G [8,5-Me] T, bien que peuvent causer des mutations cibl??es et semi-cibl??e. La toxicit?? et la mutagen??se de cette l??sion a ??t?? ??tudi??e par la r??plication d'un plasmide G [8,5-Me] T modifi?? dans Escherichia coli avec KO sp??cifiques de l'ADN polym??rase. La viabilit?? ??tait tr??s faible dans une souche d??pourvue pol II, pol IV, V et pol, les ADN polymerases trois SOS-inductibles, ce qui indique que synth??se trans est effectu??e principalement par les ADN polym??rases. Une plate-forme de d??rivation est fournie pour ces polym??rases par Antig??ne nucl??aire de prolif??ration cellulaire (PCNA). Dans des circonstances normales, PCNA li?? ?? l'ADN polym??rases r??plique. Sur un site de l??sion, PCNA est ubiquitin??e, ou modifi??e, par le RAD6 / RAD18 prot??ines pour fournir une plate-forme pour les polym??rases sp??cialis??es de contourner la l??sion et reprendre la r??plication de l'ADN. Apr??s synth??se trans, extension est n??cessaire. Cette extension peut ??tre effectu??e par une polym??rase r??plicative si le TLS est sans erreur, comme dans le cas de Pol η, mais si TLS se traduit par un d??calage, une polym??rase sp??cialis??e est n??cessaire de l'??tendre; Pol ζ. Pol ζ est unique en ce qu'elle peut se ??tendre inad??quation terminaux, alors que polym??rases plus processives ne peut pas. Alors, quand une l??sion est d??tect??e, la fourche de r??plication freinera, PCNA se passer d'une polym??rase processive ?? une polym??rase TLS tels que Pol ι de fixer la l??sion, puis PCNA peut passer ?? Pol ζ d'??tendre l'inad??quation et PCNA derni??re passe ?? la polym??rase de continuer la r??plication processive.

R??ponse globale aux dommages de l'ADN

Les cellules expos??es ?? rayonnements ionisants, la lumi??re ultraviolette ou de produits chimiques sont susceptibles d'acqu??rir plusieurs sites de l??sions de l'ADN volumineux et cassures double brin. En outre, les agents endommageant l'ADN peut endommager les autres des biomol??cules telles que des prot??ines , des glucides , des lipides , et ARN. L'accumulation de dommages, d'??tre, les pauses ou des adduits de d??crochage du double brin sp??cifiques fourches de r??plication, sont parmi signaux connus de stimulation pour une r??ponse globale aux dommages de l'ADN. La r??ponse mondiale ?? des dommages est un acte dirig?? vers propre conservation des cellules et d??clenche de multiples voies de r??paration macromol??culaire, l??sion d??rivation, la tol??rance, ou apoptose. Les caract??ristiques communes de la r??ponse mondiale sont induction de multiples g??nes, l'arr??t du cycle cellulaire, et l'inhibition de la division cellulaire.

L??sion de l'ADN des points de contr??le

Apr??s dommages ?? l'ADN, cycle cellulaire points de contr??le sont activ??s. Activation Checkpoint arr??te le cycle cellulaire et donne le temps de la cellule pour r??parer les d??g??ts avant de continuer ?? se diviser. l??sion de l'ADN se produisent des points de contr??le ?? la G1 / S et G2 / M limites. Un intra- S checkpoint existe aussi. Checkpoint activation est contr??l?? par deux ma??tres kinases, ATM et ATR. ATM r??pond aux cassures double-brin et des perturbations dans la structure de la chromatine, alors que ATR r??pond essentiellement ?? l'impasse fourches de r??plication. Ces kinases phosphoryler cibles en aval dans un transduction du signal en cascade, pour aboutir finalement ?? l'arr??t du cycle cellulaire. Une classe de m??diateurs prot??iques de point de contr??le comprenant BRCA1, MDC1, et 53BP1 a ??galement ??t?? identifi??e. Ces prot??ines semblent ??tre requis pour transmettre le signal de point de contr??le pour l'activation de prot??ines en aval.

Une cible en aval importante de l'ATM et ATR est p53, comme il est n??cessaire pour induire apoptose suite aux dommages de l'ADN. Le inhibiteur de la kinase cycline-d??pendante p21 est induite par des m??canismes d??pendant de p53 et p53-ind??pendante et peut arr??ter le cycle cellulaire en G1 / S et G2 / M points de contr??le en d??sactivant cycline / des complexes de kinases cycline-d??pendantes.

La r??ponse SOS procaryote

Le SOS r??ponse est les changements dans l'expression du g??ne dans Escherichia coli et d'autres bact??ries, en r??ponse ?? des d??g??ts ?? l'ADN. Le SOS syst??me procaryote est r??gi par deux prot??ines cl??s: LexA et RecA. Le LexA est un homodim??re transcriptionnelle r??presseur qui se lie ?? s??quences d'op??rateur commun??ment appel??s bo??tes SOS. En Escherichia coli, il est connu que LexA r??gule la transcription de g??nes, y compris environ 48 g??nes recA et lexA. La r??ponse SOS est connu pour ??tre tr??s r??pandue dans le domaine de bact??ries, mais ce est surtout l'absence dans certains phylums bact??rienne, comme le Spiroch??tes. Les signaux cellulaires les plus courantes activant la r??ponse SOS sont des r??gions de l'ADN simple brin (ADNsb), d??coulant de l'impasse fourches de r??plication ou cassures double-brin, qui sont trait??s par ADN h??licase ?? s??parer les deux brins d'ADN. Dans l'??tape d'initiation, se lie ?? la prot??ine RecA dans un ADNsb Hydrolyse de l'ATP conduit r??action cr??ation filaments RecA-ADNsb. Filaments RecA-ADNsb activer LexA automatique activit?? de la protease, ce qui conduit finalement ?? un clivage de LexA dim??re et la d??gradation subs??quente de LexA. La perte de r??presseur LexA induit la transcription des g??nes SOS et permet en outre l'induction de signal, l'inhibition de la division cellulaire et une augmentation des niveaux de prot??ines responsables de la transformation des dommages.

Dans Escherichia coli, bo??tes SOS sont 20 longues s??quences nucl??otidiques pr??s de promoteurs avec la structure palindromique et un degr?? ??lev?? de conservation de s??quence. En d'autres classes et embranchements, la s??quence de bo??tes SOS varie consid??rablement, avec une longueur et une composition diff??rente, mais il est toujours hautement conserv?? et l'un des signaux les plus forts courtes dans le g??nome. La haute teneur en informations des bo??tes SOS permet la liaison de LexA diff??rentiel diff??rents promoteurs et permet pour la synchronisation de la r??ponse SOS. Les g??nes de r??paration de l??sion sont induites au d??but de la r??ponse SOS. Les transl??sionnelles polym??rases sujettes ?? l'erreur, par exemple, UmuCD'2 (polymerase V ??galement appel?? ADN), sont induites par la suite comme un dernier recours. Une fois les dommages de l'ADN est r??par?? ou contourn?? en utilisant polym??rases ou par recombinaison, la quantit?? d'ADN simple brin dans les cellules est diminu??, r??duisant les quantit??s de filaments RecA diminue l'activit?? de clivage de LexA homodim??re, qui se lie aux bo??tes SOS pr??s de promoteurs et restaurations l'expression du g??ne normal.

R??ponses de transcription eucaryotes aux dommages de l'ADN

Eucaryotes cellules expos??es ?? des agents endommageant l'ADN activent ??galement les voies de d??fense importants en induisant plusieurs prot??ines impliqu??es dans la r??paration de l'ADN, cycle cellulaire de commande de point de contr??le, le trafic de la prot??ine et de la d??gradation. Cette g??nome large r??ponse transcriptionnelle est tr??s complexe et ??troitement r??glement??, permettant ainsi r??ponse mondiale coordonn??e aux dommages. L'exposition de levure Saccharomyces cerevisiae ?? l'ADN des agents endommageant r??sultats dans chevauchent mais les profils de transcription distincts. Similitudes avec l'environnement r??ponse au choc indique qu'une voie de r??ponse au stress mondiale g??n??rale existe au niveau de l'activation transcriptionnelle. En revanche, les diff??rents types de cellules humaines r??pondent aux dommages indiquant diff??remment l'absence d'une r??ponse globale commune. L'explication probable de cette diff??rence entre la levure et les cellules humaines peut ??tre dans le h??t??rog??n??it?? des mammif??res cellules. Chez un animal de diff??rents types de cellules sont r??parties entre les diff??rents organes qui ont ??volu?? des sensibilit??s diff??rentes ?? des dommages de l'ADN.

En r??ponse global g??n??ral ?? des l??sions de l'ADN implique l'expression de multiples g??nes responsables r??paration postreplication, recombinaison homologue, la r??paration par excision de nucl??otides, Dommages ?? l'ADN checkpoint, activation globale de la transcription, g??nes contr??lant la d??gradation des ARNm, et bien d'autres. Une grande quantit?? de d??g??ts ?? une cellule laisse avec une d??cision importante: apoptose et mourir ou survivre au co??t de la vie avec un g??nome modifi??. Une augmentation de la tol??rance aux dommages peut conduire ?? une augmentation du taux de survie qui permettra une plus grande accumulation de mutations. Levure Rev1 et polym??rase humaine η sont membres de [ADN transl??sionnelles de famille Y polym??rases pr??sents lors r??ponse globale aux dommages de l'ADN et sont responsables de mutagen??se accrue lors d'une r??ponse globale aux dommages de l'ADN chez les eucaryotes.

r??paration de l'ADN et le vieillissement

Effets pathologiques d'une mauvaise r??paration de l'ADN

Taux de r??paration d'ADN est un d??terminant important de la pathologie cellulaire

Les animaux de laboratoire avec des d??ficiences g??n??tiques en r??paration de l'ADN souvent montr?? une diminution de la dur??e de vie et l'incidence accrue du cancer. Par exemple, les souris d??ficientes dans la voie NHEJ dominante et t??lom??res m??canismes de maintenance se lymphome et les infections plus souvent, et, par cons??quent, avoir une dur??e de vie plus courte que les souris de type sauvage. De mani??re similaire, les souris d??ficientes en une r??paration et la transcription prot??ine cl?? qui se d??roule h??lices d'ADN ont apparition pr??matur??e des maladies li??es au vieillissement et raccourcissement de la dur??e de vie. Cependant, pas tous la carence de r??paration d'ADN cr??e exactement les effets pr??vus; Les souris d??ficientes dans la voie de TNS expos?? raccourci la dur??e de vie sans hausse correspondante des taux de mutation.

Si le taux de dommages ?? l'ADN d??passe la capacit?? de la cellule ?? r??parer, l'accumulation d'erreurs peut submerger la cellule et entra??ner au d??but de la s??nescence, l'apoptose, ou le cancer. Maladies associ??es ?? d??fectueuse r??paration de l'ADN fonctionne r??sultat dans le vieillissement pr??matur?? H??rit??, une sensibilit?? accrue ?? des agents canc??rig??nes, et le risque accru de cancer en cons??quence (voir ci-dessous ). D'autre part, les organismes am??lior??s avec les syst??mes de r??paration de l'ADN, tels que Deinococcus radiodurans, l'organisme le plus r??sistant aux radiations connue, pr??sentent une r??sistance remarquable aux effets cassures double-brin induisant de la radioactivit??, probablement due ?? une meilleure efficacit?? de r??paration de l'ADN et surtout NHEJ.

La long??vit?? et la restriction calorique

La plupart des g??nes qui influencent de dur??e de vie influent sur le taux de dommages ?? l'ADN

Un certain nombre de g??nes individuels ont ??t?? identifi??s comme ayant une influence des variations de la dur??e de vie au sein d'une population d'organismes. Les effets de ces g??nes sont fortement d??pendantes de l'environnement, en particulier, sur l'alimentation de l'organisme. La restriction calorique se traduit de mani??re reproductible dans la dur??e de vie prolong??e dans une vari??t?? d'organismes, probablement via voies de d??tection en nutriments et une diminution taux m??tabolique. Les m??canismes mol??culaires par lesquels ces r??sultats de restriction dans la dur??e de vie allong??e sont encore floues (voir pour une discussion); Cependant, le comportement de nombreux g??nes connus pour ??tre impliqu??s dans la r??paration de l'ADN est modifi??e dans des conditions de restriction calorique.

Par exemple, l'augmentation de la dosage g??nique du g??ne SIR-2, qui r??glemente l'emballage de l'ADN dans les ver n??matode Caenorhabditis elegans, peut se ??tendre de mani??re significative la dur??e de vie. L'homologue mammif??re de la SIR-2 est connue pour induire en aval facteurs de r??paration d'ADN impliqu??es dans NHEJ, une activit?? qui est particuli??rement encourag??e dans des conditions de restriction calorique. La restriction calorique a ??t?? ??troitement li?? au taux de l'excision de base de r??paration de l'ADN nucl??aire de rongeurs, bien que les effets similaires ne ont pas ??t?? observ??es dans l'ADN mitochondrial.

Il est int??ressant de noter que l'C. elegans g??ne AGE-1, un effecteur amont des voies de r??paration de l'ADN, conf??re consid??rablement prolong?? la dur??e de vie dans des conditions de libre-alimentation mais conduit ?? une diminution de la capacit?? de reproduction dans des conditions de restriction calorique. Cette observation appuie le th??orie de la pl??iotropie origines biologiques du vieillissement, ce qui sugg??re que les g??nes conf??rant une grande avantage de survie t??t dans la vie seront s??lectionn??s pour m??me se ils portent un d??savantage correspondant tard dans la vie.

M??decine et r??paration de l'ADN modulation

Troubles de r??paration d'ADN h??r??ditaires

Des d??fauts dans le m??canisme de TNS sont responsables de plusieurs maladies g??n??tiques, y compris:

• Xeroderma pigmentosum: hypersensibilit?? ?? la lumi??re du soleil / UV, entra??nant une augmentation de l'incidence du cancer de la peau et le vieillissement pr??matur??
• Syndrome de Cockayne: hypersensibilit?? aux rayons UV et aux agents chimiques
• Trichothiodystrophie: la peau sensible, les cheveux et les ongles cassants

Le retard mental accompagne souvent les deux derniers troubles, ce qui sugg??re une plus grande vuln??rabilit?? des neurones de d??veloppement.

Autres troubles de r??paration d'ADN comprennent:

• Le syndrome de Werner: vieillissement pr??matur?? et un retard de croissance
• La lumi??re du soleil l'hypersensibilit??, la forte incidence du syndrome de Bloom des tumeurs malignes (en particulier les leuc??mies).
• Ataxie t??langiectasie: la sensibilit?? aux rayonnements ionisants et des agents chimiques

Toutes les maladies ci-dessus sont souvent appel??s ??segmentaire progerias "(" vieillissement acc??l??r?? maladies ") parce que leurs victimes apparaissent personnes ??g??es et souffrent de maladies li??es au vieillissement ?? un anormalement jeune ??ge, tout en ne manifestant tous les sympt??mes de la vieillesse.

D'autres maladies associ??es ?? la fonction de r??paration d'ADN r??duite comprennent L'an??mie de Fanconi, h??r??ditaire cancer du sein h??r??ditaire et cancer du c??lon.

r??paration de l'ADN et le cancer

En raison des limites inh??rentes aux m??canismes de r??paration d'ADN, si les humains vivaient assez longtemps, ils seraient tous ??ventuellement d??velopper un cancer. Il existe au moins 34 H??rit?? des mutations de g??nes de r??paration d'ADN humains qui augmentent le risque de cancer. Plusieurs de ces mutations provoquent r??paration de l'ADN d'??tre moins efficace que la normale. En particulier, Héréditaire cancer polypose colorectal (HNPCC) est fortement associée à des mutations spécifiques dans le mismatch repair voie. BRCA1 et BRCA2, deux gènes célèbres dont les mutations confèrent un risque extrêmement élevé de cancer du sein sur les transporteurs, sont tous deux associés à un grand nombre de voies de réparation d'ADN, NHEJ et en particulier la recombinaison homologue.

les procédures de traitement du cancer, tels que la chimiothérapie et de radiothérapie travail écrasante de la capacité de la cellule à réparer les dommages de l'ADN, ce qui entraîne la mort cellulaire. Les cellules qui sont les plus divisent rapidement - le plus souvent des cellules cancéreuses - sont touchées préférentiellement. L'effet secondaire est que d'autres cellules non cancéreuses à division rapide, mais telles que des cellules souches de la moelle osseuse sont également affectés. Traitements du cancer modernes tentent de localiser la lésion de l'ADN à des cellules et des tissus uniquement associés au cancer, soit par des moyens physiques (concentration de l'agent thérapeutique dans la région de la tumeur) ou par des moyens biochimiques (qui exploitent une caractéristique unique de cellules cancéreuses dans l'organisme) .

réparation de l'ADN et de l'évolution

Les processus de base de r??paration de l'ADN sont tr??s conservée parmi les procaryotes et les eucaryotes et même parmi les bactériophages ( des virus qui infectent les bactéries ); Toutefois, des organismes plus complexes avec plus de génomes complexes disposent de mécanismes de réparation en conséquence plus complexes. La capacité d'un grand nombre de protéines motifs structuraux à catalyser des réactions chimiques appropriées a joué un rôle important dans l'élaboration de mécanismes de réparation au cours de l'évolution. Pour un examen extrêmement détaillée des hypothèses relatives à l'évolution de la réparation de l'ADN, voir.

Le registre fossile indique que la vie seule cellule a commencé à proliférer sur la planète à un moment donné au cours de la précambrien période, mais quand exactement reconnue par la vie moderne est apparue est claire. Les acides nucléiques sont devenus le moyen unique et universel de codage de l'information génétique, nécessitant réparation de l'ADN mécanismes qui dans leur forme de base ont été héritées par toutes les formes de vie existantes de leur ancêtre commun. L'émergence de l'atmosphère riche en oxygène de la Terre (connue comme la " catastrophe de l'oxygène ") en raison de photosynthétiques organismes, ainsi que la présence de potentiellement dommageables des radicaux libres dans la cellule en raison de la phosphorylation oxydative, a nécessité l'évolution des mécanismes de réparation d'ADN qui agissent spécifiquement pour contrer les types de dommages induits par le stress oxydatif.

Taux de changement évolutif

Dans certains cas, les dommages de l'ADN n'a pas été réparé, ou est réparé par un mécanisme d'erreurs qui se traduit par un changement de la séquence d'origine. Lorsque cela se produit, des mutations peuvent se propager dans les génomes de la progéniture de la cellule. Si un tel événement se produira dans une cellule germinale de ligne qui finira par produire un gamète, la mutation a le potentiel pour être transmis à la descendance de l'organisme. Le taux d' évolution dans une espèce particulière (ou, dans un gène particulier) est une fonction du taux de mutation. En conséquence, le taux et la précision des mécanismes de réparation d'ADN ont une influence sur le processus de changement évolutif.