Biochimie du 24 novembre 2003. D. Organisation génomique. Dans les virus ou bactérie, le mode d’organisation est plus simplifié car dans ces organismes il y a très peu d’ADN perdu donc tous les gènes sont bout à bout et l’organisation des gènes est différente car chez les microorganismes il n’y a pas de séquences introniques. Dans nos cellules c’est un génome diploide formé de 2 jeux de chromosomes et chez l’homme il y a 22 autosomes et 2 chromosomes sexuels. Lorsqu’on dessine un chromosome on met des bandes correspondantes à des structures particulières. Sur les chromosomes il y a un étranglement : la région centromérique avec un bras court et un bras long. Les deux extremités sont les télomères et ces régions ont des sorts particuliers au moment de la réplication. En dessinant un baton on représente un chromosome en mettant un rond figurant le centromère. Le chromosome c’est un très grand double brin d’ADN et les deux brins sont anti parallèles. En fonction de la position du centromère, on définit un bras court qui est le bras P et le bras long est le bras Q. Donc si on s’intéresse au chromosome 1, c’est 1q qui veut dire chromosome 1 sur le bras long. Un positionnement plus fin « 1q2.1 » signifie que cette région est sur le bras long et situé au niveau de la deuxième bande et à l’intérieur de ces bandes il y a des sous bandes donc ici sous bande 1 de la bande 2. La numérotation est toujours du centromère vers le télomère donc si une région 1q3 est plus éloigné que 1q2. Cela permet de positionner grossièrement une région chromosomique qui est dit « un locus ». Quand plusieurs régions c’est un loci. Si on envisage une paire de chromosome 1, sachant que les deux chromosomes sont identiques (maternelle et paternelle) ils définissent 2 allèles : ce qu’on appel région allèlique est la région identique que l’on doit retrouver sur le chromosome de la même paire donc ici locus 1q2.1 sera définit par l’allèle numéro 1 d’un des chromosomes numéro 1 et la même région situé au même niveau sur le deuxième chromosome de la même paire c’est l’allèle numéro2. Donc normalement toujours un système à deux allèles sauf dans le cas des chromosomes sexuels car un seul X et un seul Y chez les garçons. Ceci est le cas de région diallèlique mais les deux chromosomes sont « théoriquement » identiques mais il peut y avoir des microdifférences entre chacun des deux chromosomes ce qui permet de les différencier. Si on prends une région chromosomique : soit on trouve la même séquence et c’est deux allèles identiques soit il y a une toute petite différence par exemple une base G est remplacé par T donc couple T/A au même niveau sur le deuxième chromosome donc ça définit 2 allèles et c’est ce qu’on appel une variation qui peut être soit une mutation soit simplement un polymorphisme = changement d’ADN sans conséquence ; ici c’est un système diallèlique, c’est le cas le plus fréquent mais il existe des régions formées de répétitions c’est à dire que dans un autre endroit du chromosome on a une séquence de type CAGCAGCAG : des répétitions de motifs et ce nombre de répétitions est variable et là on peut avoir des systèmes polyallèliques où il y a plus de 2 possibilités. Par exemple sur le premier chromosome il va y avoir 5 répétitions ce qui définit le premier allèle mais si on regarde la même région sur le 2ème chromosome il n’y a que 4 répétitions donc il y a une différence entre les deux, c’est toujours un système diallèlique (soit 4 soit 5). Mais si on étant cette analyse en regardant au niveau de ces mêmes régions chromosomiques chez d’autres individus on s’aperçoit que chez certains individus au lieu d’avoir 4 ou 5 c’est 3 c’est à dire qu’il y a plusieurs possibilités au niveau de cette région c’est à dire possibilité d’avoir x allèles donc on parle de polyallèlisme. Chez un individu il n’y a que 2 possibilités car que 2 chromosomes mais dans une population générale il peut y avoir plusieurs allèles possibles au niveau de la même région. 1 Les gènes : séquences d’ADN qui portent l’information qui sera exprimé ne sont pas contigus dans la majorité, c’est à dire les gènes ne sont pas mis bout à bout donc on va définir des régions gèniques et entre les gènes il y aura des régions intergèniques. La majorité des gènes servent de support d’information pour la synthèse des protéines : transcrit en ARNm traduit en protéine. Un certain nombre de gène jamais traduit en protéine : ce sont les gènes transcrit pour former les ARNt qui jouent un rôle pour amener les acides aminés au moment de la traduction. Les ARN ribosomaux qui ne seront pas traduit, resteront en ARN, s’associent avec une protéine pour former les ribosomes donc la machinerie qui fait la synthèse des protéines. Donc un gène n’est pas forcément traduit et peut s’arrêter au niveau d’ADN donc. La plupart des gènes qui vont codés pour des protéines sont des gènes en copie unique c’est à dire que si on considère un génome haploide (moitié des chromosomes) ils seront présent à une seule unité mais si diploide évidemment 2 copies. Donc la plupart des gènes qui donnent les protéines : 2 copies par cellules alors que les gènes qui permettent de synthétiser les ARNt et ARNr sont présents à l’état de multicopie c’est à dire qu’il y a plusieurs centaines de copies de gènes pour ARNr parce qu’on a besoin de beaucoup d’ARNr. C’est aussi le cas pour des protéines comme les histones qui ont un rôle dans le compactage de l’ADN : on a besoin d’une telle quantité quand la cellule se divise qu’il faut assurer une production abondante en peu de temps donc plusieurs gènes d’histones. Si les gènes codant pour les ARNt (30) et ARNr (4 types de gènes pour 4 ARNr différents) ont une taille assez constante par contre pour les ARNm il y a une très grande diversité c’est à dire qu’on va avoir des gènes de petites tailles, des gènes plus grand (insuline 400pb), et des gènes énormes comme par exemple pour le gène codant pour CFTR fait 250000 pb et celui codant pour la dystrophine dont la modification entraine la myopathie de Duchens a un gène énorme de 2400000pb. Donc palette énorme pour la taille des gènes qui sont le reflet de la taille des protéines. Chez les eucaryotes supérieurs (homme), les gènes sont organisés sous forme de mosaique. Si on prends un gène donné, tout le message génétique ne sera pas retrouvé au niveau de la protéine donc il y a aura eu un trie. Effectivement dans les gènes il y a des séquences exprimées retrouvés au niveau des protéines, ce sont les exons et entre les exons il y a régions éliminées au cours de l’expression : ce sont des introns. Y a t’il des motifs qui définissent les frontières entre les exons, les introns ? Les bornes : nucléotides situés à l’extremité d’un intron et au début de l’autre intron suivant sont toujours les mêmes ce qui a permit de définir une borne accepteur qui commencera toujours par A/G et un site donneur qui a toujours un G et un T. Et lorsqu’on a une séquence d’ADN inconnue on fait des prédictions de présence d’introns et d’exons. L’organisation en mosaique est très variable donc on peut pas prédir à l’avance combien il y aura d’exons, combien il y aura d’exons, quelle sera la taille de ces exons, chaque gène est un cas particulier. Le gène de l’interféron alpha fait 600pb et est formé par 1 seul exon et pas d’intron, tout est exprimé mais il y a des systèmes plus complexes : le gène de la dystrophine est divisé en 79 exons donc c’est une vrai petite mosaique très morcelée et ce nombre d’exons n’est pas fonction de la taille car on connaît un gène d’un récepteur : la ryanodine qui est plus petit que le gène de la dystrophine (700000pb) a 106 exons donc pas de prédictions possibles en voyant la taille du gène. Dans la bactérie il y a 6000 gènes, chez l’homme 30000 donc seulement 5 fois plus de gènes mais pourtant 1000 fois plus d’ADN ce qui veut dire qu’il y a une organisation différente : en particulier cette structuration exon intron qui allonge la taille du gène et il y a de très nombreuses régions intergéniques c’est à dire des morceaux d’ADN qui n’ont pas d’expression. Dans un génome humain : 30 % de cet ADN va être utilisé pour former les gènes et dans ceux ci seulement ¼ va réellement être codant c’est à dire va être exprimé sous 2 forme de protéines donc à peine 10% de l’ADN présent dans les cellules n’est exprimé sous forme de protéines. A quoi servent les 90% restant ? -Au niveau des 30% qui forme le gène, une partie est sous forme d’intron (qui ne code pas pour des protéines) et il y a des pseudo gènes c’est à dire des gènes non exprimés car ont subit au cours de l’évolution une activation et ils sont incomplet de telle sorte qu’ils sont présent mais ne peuvent pas s’exprimer ; et à l’intérieur des exons il y a des séquences qui ne seront pas traduites donc tout cela fait que dans un gène il y a 75% de l’ADN qui va se retrouvé sous une forme non exprimé en protéine. -Les 70 autres % qui correspondent à de l’ADN entre les gènes : nommé ADN poubelle auparavant mais actuellement on montre que dans ces régions il y a des zones de régulations importantes. Dans ces régions d’ADN extra génique il y a 2 grandes catégories d’ADN : l’ADN forme de séquences uniques très peu répéttés c’est à dire que ça va être les séquences retrouvées qu’une fois et qui représente ¼ de l’ADN extra gènique. La major partie de cet ADN extra génique est formé d’ADN répétitif : répétitions divisées en deux : les répétitions en tandem organisés les une à la suite des autres (CAGCAGCAG) et les répétitions dispersés à travers tout le génôme. 1- l’ADN répété dispersé c’est à dire répétitions dispercés à travers le génome : 2 grandes familles, les SINE (short, court élément nucléotides dispercés répétitivement) et les LINE (plus long). -SINE : 300 pb répéttés 900000 fois dispercés sur les différents chromosomes. Ces motifs de 300 pb sont appelés séquences alu car ce sont des séquences reconnues par un enzyme de coupure particulier obtenu à partir d’une bactérie Alu. On pense que ces copies se sont accumulées par rétrotranspositions (cours suivant), c’est à dire ce sont des copies qui étaient présentes à 1 ou 2 exemplaires au début mais se sont accumulés par copies internes ce qui explique leurs grands nombres et leurs similarités. -LINE : -LINE-1 : nombre de copies un peu plus faible, 5000. Séquences plus longues (6-7kpb), comportent 2 ORF c’est à dire 2 « cadres ouvert de lecture » qui est une séquence d’ADN qui potentiellement peu coder pour une protéine (on ne sait pas quelle protéine donc c’est un cadre potentiel). Un de ces ORF code pour une rétrotransposable qui permet la multiplication de ces codons. -THE-1 : un peu plus cours avec 2Kpb mais nombres de copies environ identiques. SINE ou LINE sont dispercés sans localisation préférentielle, on en retrouve sur tous les chromosomes et à n’importe quelle endroit d’un chromosome donc pas de région ciblée. 2- L’ADN répété en tandem : Là il y a une juxtaposition, les unes à côté des autres. Il y a 3 grandes familles : satellites, minisatellites et microsatellites. Ce terme est en fonction de la taille respective de chacune de ces répétitions. -Satellites : Essentiellement localisés au niveau centromérique, répétitions de 100 milles à quelques millions de pb. Différents types d’ADN satellites : certain ont une fonction connue. L’ADN alphoide ou CENP-B a un rôle important au niveau de l’accrochage du chromosome sur le fuseau mitotique. L’ADN satellite 1,2,3 n’a pas une nature ou intérêt connu mais c’est à ce niveau là qu’on a montré que des délétions à ce niveau là vient perturber l’expression de certain gène donc il y a peu être un lien entre cet ADN répété et l’expression de certains gènes. -Minisatellites : Répétitions plus modérés, 100 à 20000 pb et ils ont une localisation préférentielle aux extremités des chromosomes à une position sous télomérique. Ces minisatellites sont de 2 espèces différentes : les séquences tel (télomères) sont des motifs chez l’homme simples (CCCCAA) répéttés plusieurs dizaines de fois aux extremités télomériques et on verra leurs importances fondamentales pour la réplication des extremités des 3 chromosomes. La deuxième classe c’est les séquences variables VNTR (répétition en tandem de longueur variables) qui ont une importance pas pour la cellule mais pour le médecin légiste car c’est ces répétitions dont le nombre peu varier entre chacun des 2 chromosomes d’une même paire et dont le nombre d’allèles est très important dans la population générale, ce sont ces répétitions en médecine légale utilisés pour réaliser les empruntes génétiques (on verra comment ça marche). -Microsatellites : répétitions de motifs s’étendent sur des distances assez courtes : 100 à 400pb donc chaine encore plus petite et les motifs répéttés sont simples car de type CACACA ou CAGCAGCAG donc répétitions simples qui n’ont pas de localisation définits, nombreuses (50000 répertoriés actuellement) sur toutes les régions chromosomiques et qui ont trouvés un intérêt pour le généticien car permettent de localiser les différents gènes et éventuellement pour trouver les gènes associés aux maladies. Donc ces différents motifs d’ADN répéttés sont intéressant à différents niveau : soit pour le généticien en biologie moléculaire ou pour la cellule en remplissant une fonction particulière. II/ Réplication et maintenance du matériel génétique. Tout se qu’on a observé chez bactérie a été transposés chez les eucaryotes sans trop de variations. Lorsque Watson et Crick en 1953 ont proposés cette structure en double hélice, ils écrivaient que cette structure suggérait en elle même un possible mécanisme du matériel génétique. Il y avait 2 hypothèses possibles : soit c’est une réplication conservative c’est à dire un mécanisme partant de cette molécule double brin, permet d’obtenir deux molécules identiques mais une étant une molécule parentale dans son intégrité mais l’autre étant une molécule néosynthétisé en totalité. La deuxième hypothèse envisageable était celui d’un mécanisme semi conservatif c’est à dire qu’on obtenait 2 molécules filles d’ADN identiques mais avec la moitié de la molécule parentale dans chacune des molécules filles. -Démonstration de l’hypothèse semi conservative : c’est basé sur les propriétés de densité de l’ADN. Ils ont pris des bactéries qu’ils ont mis dans un milieu de culture qui contenait comme source d’azote de l’azote N15 (lourd) ce qui veut dire que les bactéries l’incorporait dans leurs molécules d’ADN en particulier. Au bout d’un temps tout l’ADN était marqué par l’azote N15 et ils ont extraits l’ADN de ces bactéries, ont mesurés la densité en faisant une ultracentrifugation sur gradient de densité c’est à dire que dans un tube on met des couches successives de chlorure de cesium donc réactif chimique à densités différentes et ensuite on dépose à la surface la solution d’ADN, on fait tourner à haute vitesse et l’ADN s’arrête à la région qui correspond à sa propre densité. Ensuite ils ont pris ces bactéries pour les mettre à pousser dans un milieu contenant l’azote normal N14 donc ces bactéries continuent à pousser en incorporant maintenant du N14 donc auront à la fois N15 et N14 quand on réplique le matériel génétique. Après un temps de génération, ils refont la même expérience et maintenant il s’aperçoivent qu’ils obtiennent une bande d’ADN à un niveau de densité différent du précédent donc densité plus légère. Donc effectivement ce n’est pas une réplication conservatif sinon on aurait 2 bandes, une correspondant à l’ADN lourd et la nouvelle correspond à l’ADN légé. Le fait qu’on ait un ADN mixte veut dire que l’ADN est formé à la fois de N14 et N15 et ils ont pu montrés que cette hypothèse était bonne en refaisant encore une réplication donc reforment de l’ADN avec du N14 mais maintenant ils obtiennent une bande d’ADN légé qui a incorporé l’ADN 14. En résumé dans la première étape on a de l’ADN lourd à une certaine densité, dans la deuxième expérience l’ADN s’est dupliqué et a formé deux molécules filles formés de deux brins : un légé et un lourd donc on a une densité intermédiaire. Mais si ceci se réplique le brin légé va formé un ADN légé entièrement et le brin lourd va s’associé à un brin légé donc redonne la population intermédiaire. Donc cette réplication est semi conservative. 4 A. La réplication chez les procaryotes. Dans un chromosome bactérien circulaire, on obtient des images où on voit la séparation des 2 brins d’ADN enroulés les uns autour des autres pour former le chromosome. Donc on observe la duplication du chromosome bactérien pour donner à la fin deux nouvelles molécules d’ADN qui vont être dans chacune des nouvelles bactéries formé par la division bactérienne. On a parlé d’un « œil de réplication » : cette structure où l’ADN s’ouvre en 2 pour commencer sa réplication. Chez les bactéries, la réplication se développe à partir de l’origine de réplication du chromosome qu’on appel « ori C » mais si elle démarre en un seul point, la réplication est bidirectionelle donc se fait dans les deux sens en même temps donc ouverture du double brin puis deux systèmes enzymatiques remontant le brin d’ADN chacun en sens opposé formant des fourches de réplications (forme d’un Y) donc deux fourches de replication travaillant en même temps pour remonter et répliquer l’ADN poru former deux nouvelles molécules d’ADN. L’intérêt c’est d’aller plus vite. Chez les bactérie la réplication est rapide, se fait en 20/100 minutes chez EC bactérie. On a une séquence de terminaison qui permet à ces deux complexes enzymatiques de se décrocher et ensuite il y a des enzymes qui coupent un des deux brins pour permettre la séparation de ces deux anneaux. Ces systèmes de replication sont des cibles naturelles pour des médicaments (antibiotique ou anticancéreux) car si on peut empecher une cellule de se diviser on peut la tuer de manière sélective. L’origine de réplication correspond à une séquence d’ADN particulière qui est reconnu par des protéines spécifiques qui s’ariment à l’ADN grâce à la forme en sillon de l’ADN B. 2. Phase d’initiation : La 1ère étape c’est la reconnaissance de la séquence ori C par des protéines ADN A. Et la fixation de plusieurs sous unités ADN A sur la séquence ori C induit un repliement, un bouclage un peu plus loin de la séquence d’ADN qui va permettre à d’autres protéines de venir se fixer formant le primosome et ces protéines ont des propriétés interessantes : certaines sont des hélicases donc permettent de dérouler l’ADN (l’ouvrir), d’autres ont des propriétés de type primase important pour la synthèse de l’amorce de réplication. Ces protéine s’assemblent pour former ce primosome et comme en même temps les deux brins sont ouverts ils sont devenus relativement fragile et pour empecher qu’ils se recollent il y a des protéines SSB (protéines de fixation du simple brin) qui vont se mettre sur ces deux brins séparés. Cette phase d’initiation étant terminé, l’enzyme de copie entre en action : c’est l’ADN polymérase (polymérase est un enzyme capable de copier) qui synthètise le complémentaire de chacun des 2 brins donc on duplique le matériel à l’identique. La 1ère étape dans la synthèse de ce nouveau brin d’ADN c’est de faire un brin d’ARN c’est à dire que ce qui va servir à l’ADN polymérase pour copier l’ADN ça va être une amorce d’ARN. En effet l’ADN polymérase est incapable de copier l’ADN si on lui a pas montré comment il faut faire. Le premier double brin va être un brin d’ADN + en face un petit morceau d’ARN synthétisé par cette enzyme primase. Les polymérases ne peuvent travailler que dans un sens 5’-3’ donc deux mécanismes différents pour chacun des deux brins. Ce mécanisme est détaillé dans : 3. l’élongation : On retrouve le double brin avec des enzymes qui l’aident à se dérouler : hélicases, topoisomérases ; il y a les SSB pour stabiliser chacun des brins et la première étape consiste à synthétiser une petite amorce d’ARN pour la DNA primase qui lorsqu’il y aura un A sur le brin d’ADN mettra en face un U mais ici ça sera un ribonucléotide. Cette primase fait donc un petit morceau de 10/15 nucléotides, ce qui sert d’amorce car on mime un double brin. A partir de cela l’ADN polymérase peut se fixer sur cet embryon de double brin puis elle va remonter le brin matrice pour à chaque base mettre son complémentaire donc elle constitué le nouveau brin. Mais l’ADN polymérase ne fonctionne qu’en allant de l’extremité 5’ vers l’extremité 3’. Ceci explique qu’il y a deux mécanismes différents suivant qu’on a à faire au bras avancé ou le bras retardé. 5 - Le brin avancé : La DNA primase aura rajouté une petite amorce d’ARN, la polymérase peut se mettre sur cet embryon de double brin et va pouvoir continuer l’extension du brin d’ARN de l’extremité 5’ vers 3’ et au fur et à mesure que le primosome (complexe) va avancé grâce à l’action de la topoisomérase qui déroule l’ADN, l’ADN polymérase va continué à étendre l’extension c’est à dire qu’elle continue le brin aussi longtemps que la fourche de réplication va avancée c’est à dire que ce brin est copié de manière continu. - Le brin retardé : Lorsque la polymérase se fixe sur l’embryon de double brin elle ne peut aller que dans un sens 5’-3’ et pendant ce temps la fourche de réplication aura avancé donc il faut remettre une nouvelle amorce, la polymérase se déplace pour s’y remettre pour faire se nouveau morceau d’ADN, etc. Donc le premier brin est répliqué de manière continu alors que le deuxième brin est repliqué sous forme discontinu avec amorce d’ARN/fragment d’ADN/amorce d’ARN/fragment d’ADN et ce couplage a été découvert par Okasaki donc cette structure amorce d’ARN + fragment d’ADN = le fragment d’Okasaki. La réplication du brin retardé prends plus de temps car plus d’étapes. En microscopie on voit que 2 ARN polymérases sont pratiquement côté à côté et dans la réalité l’ADN fait une boucle sur elle même. -Pour faire cette synthèse : Il faut les enzymes de copies, chez les bactéries il y a 3 types de polymérases ; elles ont toutes la même activité de copie 5’-3’ mais pas la même utilisation car certaines vont être utilisés pour la réparation alors que d’autres utilisées au moment de la division cellulaire. Pour une élongation il faut une matrice : ce qui permet de faire la synthèse du brin néosynthétisé, cette matrice doit être simple brin. Et il faut des désoxyribonucléotides (ATP, GTP), du magnésium pour certains coenzymes. Et il faut une amorce pour démarrer le travail : une amorce ARN et il faut surtout qu’il y ait un hydroxyle libre en 3’ pour permettre l’arimage du premier désoxyribonucléotide. Il faut dérouler le double brin constamment grâce aux hélicases, topoisomérases puis il faut réenrouler l’ADN. L’élongation est monodirectionelle, continue sur un brin, discontinu sur l’autre et elle se fait dans les deux sens en même temps : il y a copie dans les deux directions car deux fourches de réplications. On s’aperçoit que les deux brins d’ADN vont être avancé pour une des fourches de réplication et le même brin sera le brin retardé pour l’autre fourche. C’est le sens de la fourche de réplication qui détermine quel sera le brin avancé ou le brin retardé. Au fur et à mesure que la fourche va avancée, le brin sera avancé alors que ce même brin pour l’autre fourche sera retardé donc il faudra le recopier par fragments d’Okasaki. 4-terminaison : A la fin on ne veut pas un hybride ARN/ADN mais une molécule d’ADN fille identique au départ. Donc dans un premier temps élimination des amorces d’ARN par 2 processus, soit une des sous unités de l’ADN polymérase a une fonction Rnase (capable de digérer l’ADN) soit intervention d’une RNase H qui ne détruit que l’ARN associé à de l’ADN. Maintenant il y a des trous dans l’ADN donc on fait intervenir l’ADN polymérase I chez les bactéries qui va se mettre de chaque côté des trous et va recopier le morceau manquant dans le sens 5’-3’ donc on comble les trous mais il va manquer une chose, en effet on se trouve avec des fragments jointifs mais non liés car en effet l’ADN polymérase ne peut pas faire la dernière liaison (les deux nucléotides seront côté à côté sans relié par liaison Phosphodiester) donc il faut faire intervenir un autre enzyme qui fait la derniere liaison phosphodiester : c’est une ligase qui lit les morceaux d’ADN et l’énergie pour cela est apporté par l’ATP. On a donc maintenant un fragment d’ADN continu complémentaire du précédent donc 2 molécules filles identiques à la molécule de départ donc duplication. La terminaison et le décrochage des ADN polymérases chez les bactéries il y a 2 choses pour le faire : des séquences particulières/ter (pour terminaison) et une protéine se fixant sur cette séquence ter et va aidé le décrochage de l’ADN polymérase, c’est la protéine TUS. 6 B. La réplication chez les eucaryotes. Le mécanisme général reste le même mais il y a des variations comme les origines de réplication. Chez les bactéries il n’y a qu’une seule origine de réplication. Dans nos cellules il y a plus de 46 origines de réplications : entre 20 et 30 milles origines de réplications sur l’ensemble des chromosomes. Il en faut autant pour répliquer en un temps raisonnable la masse beaucoup plus important de l’ADN et l’ADN se réplique donc en quelques heures. Chaque origine de réplication définit une unité de réplication nommé un réplicon et ces unités de réplicons ne sont pas synchrones, ne démarrent pas forcément en même temps : on peut avoir un morceau d’ADN déjà répliqué alors qu’un autre n’est pas répliqué encore. La réplication est terminé lorsque tous les réplicons auront étés dupliqués. La deuxième différence est au niveau des ADN polymérases, il y en a plus chez les eucaryotes : on en connaît 5 essentiel. 4 sont dans le noyaux et 1 est utilisé pour répliquer l’ADN mitochondrial circulaire. Ces ADN polymérases ont étés nommés par des lettres grecs pour les différencier de celles des bactéries. Certaines ont des propriétés bien définit, certaines vont surtout concernés les brins retardés : alpha et bêta, d’autres pour la réplication du brin avancé. La polymérase alpha a une fonction de primase donc capable de faire cette amorce d’ARN. Bêta est utilisé surtout dans la réparation de même que les deux dernières uniquement pour la réparation. Ces polymérases peuvent avoir une activité exonucléase (ça n’existait pas chez bactérie) 3’-5’ c’est à dire l’activité qui va permettre à certaine polymérase de faire de l’autocorrection au moment de la réplication et de limiter les erreurs. Ces polymérases ne travaillent pas toujours toute seules, pour qu’elles fonctionnent mieux elles ont besoin de facteurs protéiques et par exemple la polymérase alpha utilise un facteur RF-A (facteur de réplication de type A) qui est proche des SSB bactériennes donc stabilisent le brins pour permettre à la polymérase de synthétiser la première base. Delta travaille avec RF-A, C et PCNA qui est un antigène nucléaire. Donc il faut avoir cette notion que les polymérases peuvent avoir besoin d’autres facteurs protéiques pour travailler. -Cas particulier de la réplication : La réplication des extremités posent un problème dû à cette orientation 5’-3’ (chez bactérie pas d’extremité donc pas ce problème). A l’extremité d’un chromosome = du double brin d’ADN. Il faut un système pour maintenir l’intégrité des extremités chromosomiques donc on fait appel à un mécanisme qui utilise un enzyme : la télomérase. Pour éviter ce risque de digestion de l’extremité 3’, on fait appel au fait que les extremités des chromosomes sont formés de séquences répéttés. L’extremité du chromosome humain est formé de répétition (4G 2T), lors de la réplication il y a ouverture de l’extremité et on fait intervenir la télomérase qui est une protéine qui a l’intérieur a un petit ARN associé qui a une séquence identique à celle dans les deux brins d’ADN, on retrouve le motif 4G 2T qui forme les répétitions d’un des deux brins d’ADN aux extremités. Il y a donc une hybridation de cette télomérase avec l’un des deux brins. Après la réplication il y a donc un morceau qui n’a pas pu être répliqué donc un des motifs 4G 2T est exposé sous forme simple brin. A ce moment là la télomérase vient se mettre au niveau de ce motif et s’apparier partiellement au motif 4G 2T donc on a fait un hybride partiel ARN/ADN. Cette télomérase a une activité de copie c’est à dire qu’elle va recopier le morceau d’ADN plusieurs fois donc elle allonge le brin d’ADN de manière conséquente et ce brin va se replier sur lui même pour former une structure particulière et cette espèce de boule qui s’est formé à l’extremité du brin d’ADN va permettre à l’ADN polymérase de venir s’addocer à ce motif pour recopier le morceau qu’il manquait. A la fin de l’opération, on se retrouve avec un brin d’ADN qui est pratiquement identique à celui de départ. La télomérase est très importante et dans les cellules vieillissantes il y a une diminution progressive de l’activité télomérase et on peut voir cette disparition des télomérases comme une horloge interne donc quand cette activité baisse les extremités chromosomiques deviennent de plus en plus fragile donc la survie cellulaire est conditionné. La télomérase est aussi importante dans les cellules cancéreuses qui ont un 7 pouvoir de division presque infini et dans ces lignées tumorales l’activité télomérase est très élevée pour permettre à ces extremités chromosomiques d’être toujours bien répliqués donc l’horloge interne n’existe plus. La réplication est une cible thérapeutique. Antitumoral ou antibiotique. Une des premières cibles peut être les desoxyribonucléotides et un des moyens utilisés est de fournir aux cellules des analogues non métabolisables de nucléotides utilisés comme antitumoraux : le 5 – fluorouracile. Une autre possibilité est de perturber le système de synthèse des desoxyribonucléotides avec le méthotrexate qui est un anti tumoral très utilisé. Mais ce n’est pas sélectif donc la chimio thérapie a ses limites. 2ème cible : les ARN polymérases sont bloqués par la sarcomycine qui est un antibiotique car bloque les ADN polymérases I et II bactériennes. 3ème cible : bloquer les systèmes qui déroulent l’ADN avec la novobiocine, la podophyllotoxines qui bloquent la réplication en empêchant les fourches de réplication d’avancer. Pour empecher l’ouverture de l’ADN on peut ajouter des intercalants qui viennent se fixer entre les bases et empecher l’avancée de l’ADN polymérase ou on peut souder les deux brins ensemble en utilisant le psoralène utilisé pour traiter le psoariasis maladie cutanée donc on essai de tuer les cellules en surfaces avec le psoralène qui est capable de faire liaisons covalentes entre les deux brins d’ADN quand on l’irradie d’UV. La bléomycine est utilisé comme antitumorale en faisant des trous dans l’ADN et en empêchant sa réparation donc on bloque la réplication. C. Réplication de l’ADN mitochondrial. On a un compromis entre les bactéries et les noyaux. L’ADN mitochondrial est circulaire et d’origine ancestrale bactérienne. C’est un système de réplication unique à intermédiaire à 3 brins. Ce qui est aussi particulier c’est qu’il y a 2 origines de réplications qui vont fonctionner de mannières séparées, l’une pour un des brins et l’autre pour l’autre brin. Les deux brins de l’ADN mitochondrial ont étés appelés bras lourd et bras légé en fonction de la richesse relative en G et C. Donc un brin lourd OH et un brin légé OL. La première étape c’est la fixation au niveau de l’origine de réplication d’OH de l’ADN polymérase gamma qui se fixe sur OH, entraine l’ouverture des deux brins et commence la réplication du brin légé. On a donc une structure particulière à 3 brins car on a le brin légé matrice, le brin lourd matrice déplacé et le brin lourd néosynthétisé qui est en train d’etre copier par l’ADN polymérase qui avance. La synthèse de l’autre brin ne va pouvoir commencer que lorsqu’on aura démasquer la 2ème origine de réplication, celle du brin légé, lorsque la réplication aura suffissament avancée il y a aura démasquage de l’origine de réplication et un deuxième ADN polymérase va pouvoir venir se mettre sur ce brin et commencer la synthèse du brin légé néosynthétisé en recopiant donc le brin lourd parantal. On a un décalage entre le début de la réplication des deux brins et la réplication ne sera terminé que lorsque l’ADN polymérase aura totalement recopié l’une le brin lourd parentale qui va faire le brin légé néosynthétisé et l’autre le brin légé parantale pourra faire le brin lourd néosynthétisé et ensuite on aura comme dans les bactéries deux cercles l’un dans l’autre donc besoin de couper un des brins pour libérer les deux molécules mitochondriales. 8