NUCLÉIQUES ACIDES

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Lésions et réparations de l'ADN

Le matériel génétique des organismes vivants est exposé à des agents génotoxiques variés dont l'interaction directe ou indirecte (par l'intermédiaire de métabolites formés lors des réactions enzymatiques intracellulaires) avec l'ADN induit une importante gamme de lésions. Aussi l'état de l'ADN est-il contrôlé par des facteurs présents dans la cellule touchée, et, quand une lésion est repérée, des systèmes enzymatiques de réparation sont mobilisés afin d'éliminer les dommages et de restituer un ADN intact (réparation fidèle) ou incomplètement réparé (réparation source d'erreur).

En cas de réparation fidèle, il ne reste aucune trace de l'accident subi par l'ADN. Celui-ci reste donc le garant de la conformité au programme spécifique lors des reproductions cellulaires, impliquant – après réplication de l'ADN grâce à l'enzyme ADN-polymérase – le partage chromosomique qui caractérise la mitose, et assure la transmission d'un patrimoine génétique intact et identique d'une cellule mère à ses deux cellules filles. L'ADN reste aussi le support de l'information génétique que transcrit – au niveau des gènes en activité – la machinerie enzymatique dont l'acteur principal, l'ARN-polymérase, fabrique les ARN messagers indispensables à la synthèse des protéines cellulaires qui auront donc été codées par les gènes.

Par contre, s'il reste trace de la lésion subie par l'ADN, l'activité cellulaire peut être entravée ou déviée vers des modalités pathologiques se manifestant notamment par des anomalies du cycle cellulaire de mise en œuvre de l'information génétique, d'où l'importance cruciale du mécanisme de réparation. Celui-ci a en effet pour rôle de corriger ou de franchir la lésion, par coopération entre la machinerie réplicative (reproduction de l'ADN) et les systèmes enzymatiques réparateurs, lesquels fonctionnent de concert avec les systèmes de transcription de l'information génétique (formation d'ARN messager).

Les principales lésions de l'ADN

On notera d'abord que la molécule d'ADN peut être endommagée au niveau des bases puriques et pyrimidiques, support du code génétique. Ces bases peuvent être perdues ou désaminées, ou encore remplacées (changement tautomérique) par des substances analogues. Les bases peuvent aussi subir des réactions de méthylation ou d'éthylation par des agents alkylants (polluants de l'atmosphère, médicaments antitumoraux, etc.). Des produits d'addition sur les bases, produits extrêmement variés que l'on désigne par le terme d'adduits, résultent enfin de l'action nocive de nombreux agents génotoxiques tels que les hydrocarbures polycycliques contenus dans les produits de combustion (par exemple la fumée de cigarette).

La structure de la double hélice de l'ADN peut être perturbée par la formation de pontages intrabrin (entre deux bases adjacentes d'un même brin) ou interbrins (entre deux bases situées sur les brins homologues). Les ultraviolets germicides de 254 nanomètres (U.V.-C) provoquent la formation de ponts entre pyrimidines (ainsi devenues dimériques), alors que les antitumoraux bifonctionnels, tel le cisplatine, forment des ponts entre purines adjacentes. D'autre part, en s'intercalant entre deux étages ou plateaux des bases dans la double hélice de l'ADN, certaines molécules vont former des liaisons covalentes stables entre les bases portées par les brins opposés.

Les ruptures simple et double brin de l'ADN sont produites directement par des agents tels que les radiations ionisantes, et indirectement par l'action de radicaux libres. La destruction d'un désoxyribose entraîne une rupture des liaisons phosphodiesters au niveau du site lésé, donc une rupture du brin.

La diversité des lésions induites est illustrée par l'analyse des photoproduits stables détectés à la suite d'une irradiation par les U.V.-C. À côté des dimères de pyrimidines dus à la formation d'un noyau cyclobutanique, il se forme entre deux pyrimidines adjacentes des pyrimidines (6-4) pyrimidones ; la proportion relative des dimères de pyrimidine et de produit (6-4) est de 10 à 1. Leur efficacité respective dans l'effet léthal et dans l'effet mutagène des ultraviolets est également différente : les dimères ont un rôle cytotoxique plus important que les produits (6-4), alors que l'inverse est vrai pour l'effet mutagène. De même, les radiations ionisantes (rayons γ du cobalt 60 par exemple) produisent simultanément des ruptures simple ou double brin (approximativement dans un rapport de 9 à 1), de nombreux produits d'addition des bases, des pertes de bases et, aux fortes doses, des pontages entre ADN et protéines adjacentes (chromosomiques par exemple). On dénombre en moyenne une rupture de brin pour une base modifiée. Le rôle prédominant de la rupture double brin dans l'effet cytotoxique des radiations est accompagné d'un effet mutagène dû aux altérations des bases.

Les systèmes enzymatiques de réparation

Au cours des années 1960, des mutants sensibles aux agents génotoxiques ont été isolés à partir de la bactérie Escherichia coli et de la levure Saccharomyces cerevisiae. La caractérisation cellulaire et moléculaire des mutants, comparativement au type sauvage, a permis de préciser la notion de réparation de l'ADN lésé et de son contrôle génétique, puis de définir l'existence de voies métaboliques de réparation et d'en analyser les étapes. Quelques années plus tard se fait jour l'idée qu'il pouvait exister chez l'homme une relation entre un défaut génétique de réparation de l'ADN lésé et une prédisposition au cancer induit par un agent environnemental. C'est ainsi que les patients atteints d'une maladie génétique, le xeroderma pigmentosum (XP), sont affectés d'une photosensibilité extrême par suite de déficience de réparation de l'ADN des cellules malades (défaut d'excision des anomalies) ; ils développent en outre, avec une fréquence élevée, des cancers cutanés au niveau des zones tégumentaires ayant été exposées au soleil. Cette observation donna une grande impulsion à l'exploration des mécanismes reliant la réparation de l'ADN, la mutagenèse et la transformation maligne. Une corrélation deviendra évidente entre les activités mutagènes et cancérogènes de nombreux agents physiques et chimiques, et l'épidémiologie révélera l'importance de l'environnement dans l'incidence des cancers.

La réversion in situ de certaines lésions de l'ADN. Très spécifiques, ces systèmes mettent en œuvre une seule enzyme, qui élimine la lésion en une étape. C'est le cas de la photoréactivation qui intervient dans la réparation directe des dimères de pyrimidine par fixation de la photolyase (l'enzyme de réparation), activation de celle-ci par la lumière visible, coupure de la liaison cyclobutanique et restitution de la séquence d'ADN n [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 21 pages

Médias de l’article

Molécules constitutives des nucléotides

Molécules constitutives des nucléotides
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Nucléosides et nucléotides dérivés de l'adénine

Nucléosides et nucléotides dérivés de l'adénine
Crédits : Encyclopædia Universalis France

diaporama

Polynucléotide

Polynucléotide
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

ARN de transfert : structure en feuille de trèfle

ARN de transfert : structure en feuille de trèfle
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Afficher les 17 médias de l'article


Écrit par :

  • : docteur en médecine, docteur ès sciences, professeur de biochimie à la faculté de médecine de Cochin-Port-Royal
  • : directeur de recherche de classe exceptionnelle au C.N.R.S., unité 1292 (génotoxicologie et réparation de l'ADN)
  • : ingénieur-docteur, docteur ès sciences, professeur au Conservatoire national des arts et métiers, ingénieur E.S.C.I.L.
  • : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur de l'Institut de recherche sur le cancer, agrégé de l'Université

Classification

Autres références

«  NUCLÉIQUES ACIDES  » est également traité dans :

ADN (acide désoxyribonucléique) ou DNA (deoxyribonucleic acid)

  • Écrit par 
  • Michel DUGUET, 
  • David MONCHAUD, 
  • Michel MORANGE
  • , Universalis
  •  • 10 070 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Une diversité de structure toujours plus grande des acides nucléiques »  : […] Plus de soixante ans après la découverte de la structure du duplexe, une dizaine de structures alternatives d’acides nucléiques sont maintenant décrites et pleinement caractérisées  ; elles diffèrent entre elles par le nombre de brins – deux (duplexe), trois (triplexe) ou quatre (quadruplexe) – ou par leur hélicité, le pas d’hélice pouvant être droit (pour le duplexe canonique, encore appelé ADN B […] Lire la suite

ALTMAN SYDNEY (1939- )

  • Écrit par 
  • Georges BRAM
  •  • 361 mots

Biochimiste américain d'origine canadienne né à Montréal. Après des études de physique au Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) à Cambridge, et une année à l'université Columbia à New York, Sydney Altman effectue, à l'université de Boulder (Colorado) des recherches sur le mécanisme de la mutagenèse induite par l'acridine et ses dérivés, thème qui va constituer le sujet de sa thèse de doct […] Lire la suite

ANTIGÈNES

  • Écrit par 
  • Joseph ALOUF
  •  • 7 372 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Acides nucléiques »  : […] L' immunogénicité des acides nucléiques, longtemps niée, est désormais bien établie, mais ne concerne que certains acides ribonucléiques (ARN) et désoxyribonucléiques (ADN). Les autoanticorps anti-ADN caractérisent certaines maladies auto-immunes (lupus érythémateux disséminé). Enfin, certains lipides macromoléculaires à longues chaînes aliphatiques peuvent être immunogènes dans certaines conditio […] Lire la suite

ARN (acide ribonucléique) ou RNA (ribonucleic acid)

  • Écrit par 
  • Marie-Christine MAUREL
  •  • 2 764 mots
  •  • 2 médias

Faut-il voir dans une molécule biologique omniprésente dans toute structure cellulaire des êtres vivants, l'ARN (acide ribonucléique), la première étape de l'histoire de la vie ? Les ARN contemporains sont-ils les fossiles d'anciennes molécules ? Les voies métaboliques primordiales ont-elles été guidées par de petits ARN ? La biologie moléculaire, en mettant en évidence l'extraordinaire diversité […] Lire la suite

AUTOASSEMBLAGE VIRAL

  • Écrit par 
  • Léon HIRTH
  •  • 901 mots

Les virus les plus simples sont généralement constitués par une molécule d'acide nucléique protégée par des sous-unités protéiques. La particule virale ainsi constituée est dite nucléocapside . Les sous-unités qui composent la capside protéique peuvent s'arranger autour de l'acide nucléique selon une symétrie cubique ou hélicoïdale. Il arrive que les divers éléments d'une même particule virale (ou […] Lire la suite

BACTÉRIOLOGIE

  • Écrit par 
  • Jean-Michel ALONSO, 
  • Jacques BEJOT, 
  • Michel DESMAZEAUD, 
  • Didier LAVERGNE, 
  • Daniel MAZIGH
  •  • 18 336 mots
  •  • 9 médias

Dans le chapitre « Le diagnostic bactériologique moléculaire »  : […] Le développement des techniques d'analyse des acides nucléiques (ADN ou ARN) a permis de mettre au point de nouvelles méthodes de détection directe de micro-organismes. Elles sont extrêmement sensibles et spécifiques, et servent à définir des marqueurs épidémiologiques précis permettant de tracer l'agent infectieux dans une épidémie. Ces techniques moléculaires sont particulièrement adaptées au d […] Lire la suite

BIOCHIMIE

  • Écrit par 
  • Pierre KAMOUN
  •  • 3 874 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Biochimie structurale »  : […] La biochimie structurale nous apprend aujourd'hui que les êtres vivants sont constitués de quatre grandes catégories de molécules : les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques. Les protéines , molécules de tailles très variables, sont formées de la combinaison de vingt molécules de petites tailles, les acides aminés : le premier isolé, l'asparagine, fut purifié dès 1906 par […] Lire la suite

BIOPHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Claude Michel GARY-BOBO
  •  • 6 408 mots

Dans le chapitre « Investigation des structures moléculaires »  : […] La biophysique moléculaire se donne pour tâche l'étude de l'organisation spatiale des macromolécules en relation avec leurs interactions fonctionnelles dans le milieu biologique. C'est peut-être dans ce domaine que la puissance des méthodes physiques se révèle de façon le plus spectaculaire, par leur pouvoir de résolution aussi bien spatiale que temporelle ; certaines de ces méthodes mesurent de […] Lire la suite

CAIRNS JOHN (1922- )

  • Écrit par 
  • Pierrette KOURILSKY
  •  • 296 mots

Biologiste anglais né en 1922 à Oxford, ville où il obtint en 1952 son doctorat en médecine. Il étudia pendant plusieurs années en Australie la multiplication du virus de l'influenza et du virus de la vaccine. En 1957, Cairns a l'occasion de travailler quelque temps au Caltech (California Institute of Technology), aux États-Unis, dans un univers qu'il qualifiera lui-même d'extraordinaire ; en effe […] Lire la suite

CODE GÉNÉTIQUE

  • Écrit par 
  • Antoine DANCHIN
  •  • 1 384 mots
  •  • 1 média

On a coutume de remarquer l'extraordinaire variété du vivant, et d'oublier ce qui est commun à tout ce qui vit. D'abord, l'atome de vie, la cellule. Ensuite, un mécanisme incroyablement simple de transmission de l'hérédité, la réplication, qui passe par la reproduction à l'identique d'une molécule, l'ADN – à un inévitable taux d'erreur près, dû à la nature physique des objets en cause. L'ADN (po […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jacques KRUH, Ethel MOUSTACCHI, Michel PRIVAT DE GARILHE, Alain SARASIN, « NUCLÉIQUES ACIDES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acides-nucleiques/