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  • Chapitre 1 : Mécanisme de plasticité du génome bactérien

    Les mutations ponctuelles, les réarrangements génétiques, le transfert horizontal et l'action des éléments génétiques transposables sont des mécanismes majeurs par lesquels la plasticité du génome est obtenue.

    1.   Mutations ponctuelles 

    Les mutations ponctuelles comprennent la substitution d'un nucléotide par un autre (souvent appelé polymorphisme d'un nucléotide simple [SNP]) ou l'insertion ou la délétion d'un nucléotide unique.

    Lorsque l'ADN Pol III synthétise un nouveau brin d'ADN, il peut arriver qu'un nucléotide soit mal apparié, ajouté ou omis. Ainsi, une mutation ponctuelle se produira. Deux dysfonctionnements distincts peuvent survenir dans la machinerie de réplication de l'ADN pour que cela se produise.

    -          DNA pol III ajoute une base nucléotidique complémentaire incorrecte sur le brin fils.

    -          L’activité de relecture et correction ne suffit pas pour ralentir la partie polymérase de l’ADN polymérase, de sorte que l’exonucléase puisse éliminer le mauvais appariement.

    Les mutations les plus simples sont les changements de base, où une base est convertie en une autre. Ceux-ci peuvent être classés comme suit:

    -          Transition : où une purine est remplacée par une autre purine (A -> G, par exemple), ou une pyrimidine par une autre pyrimidine (par exemple, T -> C).

    -          Transversion : dans lesquelles une purine est substituée par une pyrimidine ou une pyrimidine est substituée par une purine (Par exemple, A -> C).

    1.1.  Conséquences des mutations ponctuelles

    Une mutation ponctuelle peut être :

    -          Silencieuse ou même-sens : lorsqu'elle est introduite dans la séquence codante d'un gène sans modifier la séquence d'acides aminés du produit du gène.

    -          faux-sens ou missens : si elle entraîne un changement d'acides aminés, dans ce cas une protéine modifiée en sera la conséquence. Alternativement, de telles mutations peuvent également se produire dans des régions régulatrices, affectant ainsi l'expression du gène respectif.

    -          non-sens : lorsqu’un codon d'arrêt mutant remplace un codon de type sauvage, qui met fin à la traduction, ce qui aboutit à une protéine raccourcie.

    Les mutations ponctuelles peut générer de nouvelles variantes d'un clone dans des délais relativement courts (ex : mutation qui touche le gène de porine rendant la souche résistante aux antibiotiques)

     Les mutations ponctuelles peuvent également agir à plus grande échelle, par la génération de nouvelles espèces, et cela par accumulation de mutations ponctuelles. Cela est particulièrement vrai pour les mutations dans les gènes essentiels de séquences spécifiques à une espèce, par exemple le gène codant pour l’ARNr 16S.

    1.2.    Caractéristiques des mutations ponctuelles

    a.      Spontanées: la bactérie mutante préexiste au sein de la population avant même tout contact avec l'agent sélectif (antibiotique ou autre).

    b.      Stables : le caractère acquis par mutation est transmissible à la descendance. Il peut se maintenir même en l’absence de l’agent sélecteur pendant un certain temps, si la mutation confère un avantage à la bactérie.

    b. Rare : des mutations ponctuelles spontanées se produisent à un taux de 10-9 à 10-10 par nucléotide par génération pour de nombreuses bactéries. De ce fait, les mutants constituent toujours l'extrême minorité d'une population, ce qui rend les mutants des individus rares.

    2.   Réarrangements génomiques

    2.1.    Types de réarrangements et leurs effets

    Les réarrangements chromosomiques se produit occasionnellement lors de la réplication ou de la réparation de l'ADN et impliquent une recombinaison de l'ADN.

    Les réarrangements inra-chromosomiques peuvent entraîner une perte, une amplification et des inversions de fragments d'ADN. Ces types de réarrangements peuvent contribuer à l'évolution d'un organisme par la perturbation d'un gène existant, la création d'un nouveau gène ou un produit génique chimérique par la fusion de gènes. Dans les génomes bactériens, les réarrangements chromosomiques peuvent modifier la distance d'un gène à l'origine de la réplication chromosomique (oriC), ce qui entraîne une modification du nombre de copies du gène et, par conséquent, une incidence sur son expression.

    2.1.1. Insertion

    Les événements d'insertion dans les génomes bactériens jouent un rôle important dans l'émergence de clones épidémiques. Les exemples incluent : l'insertion de prophages, les plasmides et les séquences IS. En plus de l'acquisition de gènes potentiellement bénéfiques, les événements d'insertion peuvent également perturber l'intégrité des gènes, entraînant une perte de fonction (insertion des IS).

    2.1.2.  Délétion 

    Les délétions entraînent la perte d'un segment génomique et peuvent être intragéniques, entraînant l'inactivation d'un gène ou la perte d'un ou plusieurs domaines fonctionnels ou une altération de la fonction du gène. En cas de délétions intergéniques, elles pourraient potentiellement affecter les régions régulatrices, affectant ainsi l'expression des gènes voisins.

    Les effets phénotypiques des délétions dépendent de la taille et de l'emplacement des segments chromosomiques supprimés sur le génome. Les délétions les plus importantes impliqueront de nombreux gènes, entraînant ainsi des phénotypes modifiés. Les délétions englobant la perte de gènes essentiels ou de composants de gènes peuvent influencer considérablement la viabilité des cellules.

    2.1.3. Inversion 

    Les inversions sont des variations impliquant un réarrangement de l'orientation d'un segment génomique. Les inversions se produisent lorsqu'une région du chromosome est coupée du chromosome par des cassures double brin, puis réintroduite dans l'orientation opposée. Les conséquences fonctionnelles des inversions sont variables. Ils pourraient changer l'expression des gènes en modifiant l'orientation des gènes par rapport à la fourche de réplication. En effet, les gènes qui sont transcrites en plus grandes quantités vont dans le même sens que la fourche de réplication sur le brin principal, car cela minimise l’incidence des collisions entre l’ARN et l’ADN polymérase.

     2.1.4.  Duplication

    Les duplications sont marquées par la présence de deux copies ou plus d'une région génomique ou d'un segment génomique. Les régions dupliquées peuvent soit être adjacentes les unes aux autres, appelées duplication en tandem, soit être situées à un emplacement génomique différent, appelé duplication dispersées.

    La duplication de gènes peut avoir quatre conséquences possibles (i) la non-fonctionnalisation ou la perte du gène dupliqué par délétion (ii) la sous-fonctionnalisation, aboutissant à l'adoption de rôles complémentaires; (iii) la néo-fonctionnalisation, entraînant de nouvelles fonctions.

    Les gènes dupliqués peuvent agir comme un mécanisme de redondance. Ainsi, si un gène est affecté par une mutation délétère, il existe toujours une autre copie fonctionnelle, permettant aux organismes de surmonter les limitations liées à une expression génique inefficace en augmentant le produit du gène.

    2.2.5 Translocation

    La translocation est un changement de locus dont le quel un gène est transposé d’un endroit à un autre dans le génome. Cela peut entrainer un changement du taux d’expression génique du gène transloqué. Ceci a une conséquence importante: les gènes sont d'autant plus exprimés qu'ils sont proches de l'ori. Donc, la distance d’un gène du site ori est une force de sélection majeure. Le chromosome bactérien est organisé en conséquence, avec la présence des gènes fortement exprimés tels que les gènes impliqués dans la transcription et la traduction, près de l'ori.

    3.        Le transfert horizontal

    L’acquisition de nouveaux gènes sont mécanismes naturels complexes, découverts par hasard mais qui ont une importance majeure :

    – Dans l’évolution en général

    – Dans l’évolution de la résistance bactérienne en particulier

    – Dans les biotechnologies.

    Seulement 3 mécanismes sont connus :

    •Transformation

    •Transduction

    •Conjugaison

    Ces transferts d’ADN bactérien doivent être suivis de recombinaison génétique dite légitime (s'il provient d'une même espèce ou d'une espèce voisine). Dans d'autres circonstances, l'ADN peut ne pas se recombiner. Ces transferts sont unidirectionnels, le plus souvent partiels (1 à 2 % du génome transféré) et d'efficacité faible (fréquence de recombinaison de l'ordre de 10-6)

    3.1. La transformation

    a) Définition

    La transformation "naturelle" ou physiologique est le premier modèle connu de transfert de matériel génétique (ADN), qui est fixé et absorbé par des bactéries réceptrices, dites en état de compétence. Ce modèle a permis de démontrer que l'ADN était le support chimique de l'hérédité en 1944.

    C’est le transfert d’un fragment d’ADN nu d’une bactérie donatrice à une bactérie réceptrice. Pour que cela soit possible, un caractère de compétence est nécessaire (il faut que la bactérie soit en état de compétence cad capable d’accepter un ADN exogène). Des facteurs de compétence qui se trouvent dans l’environnement vont se fixer sur le récepteur de la bactérie compétente et vont permettre la fixation covalente de l’ADN à la surface de cette bactérie. Ceci va induire par un signal la production d’autolysines (modifient la membrane et la rendent perméable) et de nucléases (permettent de couper le génome pour l’intégration de l’ADN extérieur). Le fragment d’ADN extérieur (bicaténaire) va ainsi se fixer sur les complexes autolysine-nucléase, rentrer dans la bactérie où il va être dégradé en ADN simple brin (monocaténaire) pour être finalement intégré au génome bactérien par recombinaison. (exemple : La résistance du Pneumocoque à la pénicilline G).

     b) Expériences

    En 1928, Frederick Griffith démontre qu’il existe chez S. pneumoniae un « principe transformant » qui modifie la pathogénicité des pneumocoques.

    L’expérience est la suivante :



    16 ans plus tard ….Avery et coll. Montrent que le « principe transformant » est l’ADN et non des protéines ni des carbohydrates.

    La capsule étant constituée de sucres et de protéines on aurait pu penser que c’étaient les composants du « principe transformant » de Griffith. Ainsi Avery a pris ce « principe transformant » (bactériesvirulentes à capsule mortes) et il a séparé la partie protéique, sucre, acide nucléique de celui-ci. A chaque fois ces différents composants ont été mélangés avec la bactérie vivante non capsulée et le tout injecté à la souris. La souris qui meurt est celle à qui on a injecté bactérie non virulente+ acide nucléique.

    Donc l’ADN est le support des gènes : Ce qui est confirmé par la dernière expérience où la souris ne meurt pas puisque l’ADN a été détruit par les nucléases.

    3.2. Transduction:

    C’est un transfert d’information génétique qui est apporté par un bactériophage. Ce virus a 2 devenirs : soit il fait un cycle lytique (utiliser la machinerie bactérienne en son profit) soit un cycle lysogénique.

    On a un attachement du phage à la bactérie (grâce aux récepteurs sur la bactérie) dans laquelle il va injecter et faire rentrer son génome. Deux choses sont alors possibles Soit ce génome va s’intégrer dans le chromosome de la bactérie et il sera répliqué avec l’ADN de la bactérie au moment de la réplication sans être exprimé (silencieux). C’est le cycle lysogénique. Il peut cependant se produire un événement d’induction qui va induire la transcription de l’ADN du phage et permettre la synthèse de protéines pour la production de nouveaux virus (virions avec des capsules). Lorsque cet ADN est excisé il peut emmener avec lui un bout de génome bactérien et donc, en réinfectant une autre bactérie, lui conférer des propriétés nouvelles. C’est ce qu’on appelle le cycle lytique.

    La phase lysogène entraîne des modifications importantes :

    - elle induit un état d’immunité : le fait que l’ADN phagique soit intégré dans le génome empêche que d’autres phages viennent infecter la bactérie.

    - cela peut permettre l’expression de gènes si le virus a apporté des éléments d’une autre bactérie donnant des nouveautés phénotypiques.

    -Il peut aussi y avoir libération de toxines comme la toxine diphtérique (Corynebacterium diphtheriae), le botulisme (Clostridium botulinum), l’erythrogène streptococcique, les entérotoxines des staphylocoques.

    3.3.  La conjugaison

    a) définition

    C’est un transfert de gènes par contact cellulaire

    – Permet le transfert de gènes chromosomiques ou plasmidiques

    – Existe chez les bactéries à Gram positif et à Gram négatif

    – Importance majeure dans la dissémination des gènes de résistance.

    b) Découverte de la conjugaison

    En 1946, Lederberg démontre la possibilité de recombinaison entre deux populations bactériennes auxotrophes (bactéries ne poussant pas sur milieux minimum carboné mais ayant besoin de l’apport extérieur d’un acide aminé préformé).

    Expérience de Lederberg pour montrer que 2 bactéries peuvent échanger de l’information par contact.

    Il dispose de bactéries A+B+C-D- : elles n’ont pas besoin de A et B pour pousser mais elles ont besoin de C et D ; et de bactéries A-B-C+D+.

    Lorsque l’on met ces bactéries sur un milieu minimal (A-B-C-D-) aucune ne pousse. En revanche il observe que s’il les met en contact pendant un certain temps et qu’il met ce mélange sur ce même milieu minimal, des bactéries poussent.

    Cela prouve bien qu’elles se sont échangé des gènes

    -          De plus il fallait que les bactéries soient vivantes sinon ça ne marchait pas.

    -          S’il mettait une membrane poreuse entre les 2 colonies les empêchant de passer ça ne marchait pas non plus, le contact est donc indispensable.

    => Lederberg vient de mettre en évidence une autre méthode de transfert horizontal des gènes entre les bactéries.

     c) Les étapes de la conjugaison

    Physiologie de la conjugaison chez les bactéries à Gram négatif : 4 étapes

    1. Contact cellulaire

    2. Préparation du DNA (mobilisation)

    3. Transfert d’un brin unique d’ADN

    4. Reconstitution du brin manquant à la fois dans la cellule donatrice et dans la réceptrice : le transfert est conservatif.

     1- une bactérie donatrice de gènes (bactérie mâle), elle possède un facteur F (elle est F + le facteur F contient entre autres des gènes codant pour la synthèse des pili sexuels (bactérie mâle contient pilus sexuel) et une bactérie réceptrice, dépourvue de facteur F (elle est F-) se mettent en contact par - fusion des membranes

    - l’ADN est entre temps préparé au transfert : un brin unique d’ADN est transféré et le brin complémentaire est synthétisé que ce soit dans la bactérie donatrice (qui reste F+) et la bactérie réceptrice (qui devient F+)

    4- les cellules se séparent à la fin du transfert.

    A la fin on aura 2 bactéries mâle => démultiplication du phénomène.

     


    • Chapitre 2. Les éléments génétiques mobiles

      1.       Organisation du génome bactérien

      Le génome bactérien consiste généralement en deux parties distinctes : le génome central (le noyau) et le génome flexible. L’ensemble de ces deux parties est nommé le pan génome.

      Le génome central (core-genome) est une partie commune à toutes les souches de l’espèce et elle contient des gènes présents dans le chromosome et dans les grands plasmides de chaque souche, ces gènes codent les fonctions de base de la cellule, telles que les voies métaboliques clés, la formation d'enveloppe cellulaire, la réplication de l'ADN et le renouvellement des nucléotides.

      En revanche, les gènes du génome flexible peuvent être présents de manière variable entre les différentes souches (populations) des espèces et sont généralement acquis par transfert horizontal de gènes. Ces gènes codent pour des caractéristiques accessoires mais pertinentes, telles que la pathogénicité et la virulence, la résistance aux antibiotiques et aux métaux lourds, le métabolisme secondaire et la symbiose et sont profondément impliqués dans l'adaptation et l'évolution de l'espèce. La principale conséquence de la mobilité des fonctions codées dans ces gènes qui peuvent être librement échangés entre espèces taxonomiquement non apparentées est que les compositions des génomes bactériens peuvent rapidement et radicalement changer, et ces changements sont cruciaux pour l'évolution bactérienne. La plasticité du génome flexible contribue donc à l'évolution du génome bactérien.

      Les éléments génétiques mobiles (MGE) pourraient être excisés d'un endroit et réintégrés ailleurs dans le génome ou subir une transposition réplicative avant l'intégration d'une nouvelle copie de l'élément ailleurs dans le génome (mobilité intracellulaire).

      2.   Eléments génétiques mobiles (MGE) : le mobilome

      Les MGE ou les éléments transposables (TE) peuvent être divisés en deux groupes, ceux capables de passer horizontalement entre les chromosomes par un mouvement intercellulaire (plasmides et bactériophages) et ceux qui sont uniquement mobiles dans le matériel génétique de la cellule par un mouvement intracellulaire ou nécessitant un vecteur pour le transfert horizontal. Les MGE intracellulaires comprennent les transposons (Tn), les séquences d'insertion (IS) et les intégrons (In). Les procaryotes hébergent également plusieurs types de structures possédant les caractéristiques des deux groupes (par exemple, les éléments conjugatifs intégratifs (ICE), appelés à l’origine transposons conjugatifs), et les îlots génomiques (GI).

      2.1.           Séquences d'insertion (IS)

      La définition initiale d'un IS était la suivante: un segment d'ADN court, codant uniquement les enzymes nécessaires à sa transposition et capable d'insertion répétée dans de nombreux sites différents d'un génome. Ils peuvent se déplacer de façon autonome dans un génome (entre différentes molécules d'ADN ou dans une molécule d'ADN individuelle) ou horizontalement entre les génomes en tant que partie d'autres vecteurs MGE tels que les phages et les plasmides. Leur mobilité dans le génome peut avoir des effets néfastes, avantageux ou neutres sur la condition physique des bactéries.

      2.1.1.      Organisation 

      Les IS constituent les plus petits éléments transposables présents dans le génome du procaryote (entre 700 et 2500 bp) ; avec un cadre de lecture ouvert (orf) qui occupe toute la longueur de l’IS et se terminent par des séquences répétées inversées de terminaison imparfaites (IR) (Figure 1). Les IR sont nécessaires pour la liaison de la transposase, le clivage de l’ADN du donneur et le transfert de brins. L’orf code pour une transposase (Tpase) qui catalyse le clivage de l'ADN et les transferts de brins conduisant au mouvement de l'IS.


      2.1.2. Impact de la transposition des éléments IS 

      2.1.2.1.    Inactivation des gènes

      L'effet le plus courant de la transposition des IS est l'inactivation des gènes en raison de la perturbation de la séquence codante par l’IS.

      Transport des antibiotiques. Des exemples incluent une résistance accrue au carbapénème en raison de la translocation d’une IS dans le gène oprD codant pour la porine de nombreux isolats.

      Sites cibles des antibiotiques. La translocation des IS peut également affecter les sites cibles des antibiotiques. Par exemple, l'inactivation des gènes de la biosynthèse du lipide A chez Acinetobacter baumannii entraîne une résistance élevée à la colistine en raison de la perte totale de la production du lipopolysaccharide, cible initiale de la colistine.

      Activités métaboliques. Par exemple, la production d'indole, souvent utilisé comme caractéristique biochimique pour la différenciation des espèces, est inactivé dans de nombreuses souches de Shigella par transposition d'IS dans l'opéron tna.

      2.1.2.2.    Augmentation de l’expression génique

      Les éléments IS peuvent également affecter les voies de régulation, Cela peut augmenter les niveaux d'expression si l’IS est inséré dans une séquence de répresseur. Une dérépression des pompes d'efflux a été observée chez P. aeruginosa, par l'insertion d'IS dans le répresseur, ce qui entraîne une transcription accrue de la pompe d'efflux et une résistance accrue aux b-lactamines.

      2.2.    Transposons composites

      Les transposons composites sont des MGE assurant la dissémination de gènes responsables de l'adaptation et de la survie des bactéries, y compris ceux conférant la résistance aux antibiotiques et la dégradation des xénobiotiques. Ils consistent en deux séquences d'insertion (IS) qui encadrent un segment d'ADN. Seule l’une des deux IS du transposon code pour une transposase fonctionnelle, l’autre code souvent pour un régulateur de la transposition.

      Le segment d’ADN encadré par les IS n’intervient pas dans la transposition et peut coder pour n’importe quelle fonction. Le plus souvent, il s’agit de gènes de résistance aux antibiotiques ou de gènes cataboliques.

       Le transposon composite peut être transposé comme une unité entière (y compris les deux éléments IS adjacents) selon un mode couper-coller ou copier-coller.

      2.3.    Transposons non composites

      Les transposons non composites se caractérisent par l’absence d’IS à leurs extrémités. Borbés par séquences terminales de 35 à 48 pb, répétées en orientation inverse et reconnues par la transposase. Ils contiennent des informations génétiques essentielles à la transposition et des informations dites « auxiliaires » qui peuvent être des gènes cataboliques ou des gènes de résistance aux antibiotiques.

      tnpA et tnpR codent respectivement pour des  transposases, les triangles aux extrémités, les IR, sites d’action de la transposase.

       2.4.    Intégrons  

      Ce sont des structures génétiques spécialisées dans l’acquisition de gènes de résistance. L’intégron est une structure composée d’un gène codant pour une intégrase (int pour intégrer l’information génétique) puis d’un promoteur Pant et une petite séquence attI qui est un site de capture des cassettes (des gènes de résistance). Le but de ces intégrons est d’intégrer successivement des gènes de résistance (tous les promoteurs des gènes de résistance sont décodés ou transcrits grâce au promoteur Pant de l intégron simultanément)

       


       

       


      • Mécanismes de la mutagénèse chez les bactéries

        L’influence de l’environnement sur la cellule bactérienne est énorme car elles sont en contact direct avec les facteurs du milieu dont lequel elles vivent et ces facteur peuvent être sévères et dangereux pH pression, salinité, disponibilité en eau, radiations ionisation, métaux lourd antibiotique. Une perturbation biotique ou abiotique dans l’environnement peut constituer un facteur de stress et peut induire un déséquilibre de la vie des microorganismes

        1.      Définition du stress environnemental

                Le stress peut être défini comme un ensemble de conditions provoquant des changements de processus physiologiques conduisant à une inhibition de croissance ou un dommage cellulaire. Ces changements imposent à la cellule de développer des mécanismes de résistance qui permettent la survie ou simplement une meilleure croissance.

        Le stress environnemental peut toucher plusieurs éléments de la cellule bactérienne (l’enveloppe cellulaire, les constituants macromoléculaire et le cytoplasme) parmi les constituants macromoléculaire le patrimoine génétique est constamment menacé par les conditions environnementales agressives qui endommage l’ADN. Ces dommages peuvent entrainer la mort de la cellule. Pour cette raison les bactéries ont adaptées un système permettant de …. C’est la mutagenèse

        2.      Définition de la mutagénèse 

              Le terme de mutagenèse désigne le processus naturel qui engendre les erreurs de reproduction de l'ADN

        En répliquant l'ADN, la polymérase fait des erreurs qui peuvent être effacées pendant ou bien immédiatement après le processus de réplication. La réparation des mésappariements est un processus efficace qui corrige l’erreur une fois la réplication faite.

        Si  le complexe de réplication (ADN poly + facteur de replication) arrive à une lésion avant qu’elle ne soit réparée, il, stoppe sa progression et se décroche de l 'ADN. Le complexe va reprendre la synthèse du brin complémentaire à environ 1 kb en aval de la lésion. La structure formée est celle d'un ADN double brin présentant une discontinuité faite d'un simple brin.


        La structure ainsi engendrée (figures) est désignée en anglais par le terme gapped DNA . On pourrait dire que, lorsqu ' il rencontre une lésion, le réplisome ouvre et referme une parenthèse vide d' 1 kb.


        Le signal SOS

        L'ADN simple brin formé attire la protéine RecA, qui s'active pour cliver le répresseur LexA (figure ) et ainsi déclencher la série des trois processus de réparation et de mutagenèse.

        Le complexe ADN simple brin-protéine RecA, en provoquant l'inactivation de la protéine LexA, constitue un signal SOS, inducteur des 20 gènes SOS (figure 2). Dans des conditions optimales de croissance bactérienne, les gènes SOS sont réprimés, ils n'expriment pas, ou bien peu, les protéines pour lesquelles ils codent.

        Lorsque le répresseur LexA est clivé, les gènes SOS, impliqués dans les divers processus de réparation, sont exprimés avec une cinétique propre qui assure le déroulement séquentiel des processus.

        La protéine RecA est activée non pas par une lésion spécifique mais par la discontinuité de la double hélice due à la présence d'une lésion .

        La discontinuité de la double hélice avec la persistance d'un simple brin entraîne la mort du chromosome . Le processus de mutagenèse SOS est capable de restaurer la structure double brin de l'ADN (figure 4).

        Les fonctions SOS s'éteignent lorsque la réparation restaure la structure de la double hélice et fait ainsi disparaître le signal SOS.

         Les processus de réparation SOS

        Les trois systèmes de réparation SOS : excision, recombinaison, réplication infidèle, gouvernés par l'expression , entre autres, des gènes uvrA, recA , et umu.DC (figures 1 et 2)  Ces gènes sont soumis à un régulateur commun, le répresseur LexA.

         -          La réparation par excision tend à éliminer la lésion. Le processus excise 11 nucléotides sur le brin endommagé (cinq nucléotides en amont et cinq en

        aval du nucléotide endommagé) . Les 11 nucléotides sont resynthétisés par réplication locale . L'efficacité de la réparation par excision n'est que de 85 % . Après la réparation par excision, il reste encore 1 5 % de lésions

        dans l'ADN.

        La réparation par recombinaison corrige les lésions qui n'ont pu être excisées. Le principe de la réparation par recombinaison est simple : si une cellule possède un jeu de deux chromosomes, la probabilité qu'une lésion affecte précisément le même nucléotide sur chaque chromosome est extrêmement faible. La réparation par recombinaison consiste à prélever un brin d'ADN de la région non endommagée d 'un chromosome homologue pour remplacer la portion de brin altéré. Le chromosome donneur est lui aussi restauré dans sa séquence originale par une simple resynthèse locale (figure ).

         

        Figure 3. Réparation par recombinaison. La lésion de l'ADN est représentée par un dimère de thymine qui peut entrer dans un processus de recombinaison réparateur. A droite du dimère de thymine (a) se forme une discontinuité dans la double hélice par arrêt de la réplication du brin fils ; la protéine RecA forme un filament protecteur de l'ADN simple-brin (cylindre) et favorise l'accolement d'un brin opposé pour restaurer la double hélice (b). Il y a synthèse en trans pour remplacer le brin emprunté (c). Il se forme une jonction de Holliday (d) qui est résolue en (e). La coupure de la jonction aboutit à rétablir la structure normale de l'ADN. On voit les portions d'ADN échangées et resynthétisées (traits épais).

         Il faut noter qu'après la réparation par recombinaison, un seul brin sur quatre

        reste porteur de lésion. Il n'y a pas de risque de perte d'information car, dans la double hélice endommagée, le brin sain pourra être dupliqué, il sera conforme à la séquence d'ADN originale .

        La réparation par recombinaison a une efficacité qui se situe entre 50 et 65 % .

        Après le passage de deux processus de réparation par excision et par recombinaison,

        il reste environ 5 à 7 % de lésions non réparées  .

        I l faut souligner que l'excision et la recombinaison sont deux processus de réparation fidèles qui n'introduisent pas de mutations dans l'ADN.

        Le processus majeur qui transforme une lésion en mutation va être décrit ci-après.

         

        La mutagenèse SOS

        La réplication fautive : la mutation est en face de la lésion

        La réparation fautive va répliquer l'ADN porteur de lésion qui présente une discontinuité de sa double hélice . Pour ce faire, la réplicase va ignorer la lésion se trouvant sur le brin père et va synthétiser le brin fils en face de la lésion. La réplicase perd alors la fidélité qui la caractérise. La réplicase met une base nucléique en face de la lésion résiduelle (figure ). La réplication fidèle est temporairement suspendue pour restaurer un réplicon viable, même si c'est au prix d'une altération du code génétique.

        La réplication fautive répare 50 % des lésions qui ont échappé à la réparation par excision et par recombinaison .


        Figure 4. Réparation fautive induite. L 'ADN simple brin enrobé par la protéine RecA peut entrer dans un processus de réplication fautive après la réparation par recombinaison. Pour cela, il faut que le complexe UmuD'2C soit formé après clivage de la protéine UmuD en UmuD' (croissants tachetés). Alors se déroulent les processus suivants : le complexe UmuD'2C agit vers la droite en repoussant le filament de RecA qui se raccourcit, il s 'arrime à gauche à la polymérase pour lui permettre de franchir la lésion. Le symbole " m " désigne la mutation produite, /'ADN-polymérase est indiquée par un ovale, et le complexe UmuD'2-UmuC est modifié par rapport au complexe UmuD2-UmuC présent dans la figure 2 .

         

         

        I l faut souligner que la réparation fautive produit une mutation non pas sur le brin qui porte la lésion mais en face sur le brin d'ADN fils. Une lésion de l'ADN n’est pas une mutation.

         

        Chronologie des trois processus de réparation

        Si tous les gènes SOS sont réprimés par le répresseur LexA, comment peut on obtenir des processus successifs de réparation ?

        La cinétique des trois processus de réparation décrits plus haut est fondée sur l'affinité différente du répresseur LexA pour chacun des opérateurs des gènes SOS. Si les opérateurs des gènes qui gouvernent la réparation par excision, uvrA par exemple, ont une affinité moins grande pour le répresseur LexA, il est clair qu'une diminution

        minime du répresseur LexA va produire une dérépression rapide. C 'est pourquoi la réparation par excision va être la plus précoce et durer 20 minutes après l ' apparition des lésions. La réparation par recombinaison nécessite un niveau élevé de la protéine RecA, qui est atteint au bout de 40 minutes. RecA a le temps de former de longs filaments entourant le simple brin produit par la discontinuité de la réplication .

        La réparation par réplication fautive va être la dernière à être mise en œuvre car elle nécessite, dans un premier temps, une synthèse élevée de protéines U muD et U muC.

        Dans un deuxième temps, la protéine RecA doit effectuer la maturation de

        la protéine UmuD en UmuD' pour donner le complexe mutagène UmuD'2C. Le temps nécessaire à la synthèse et à la maturation du complexe UmuD'2C est de 60 minutes. Une fois le complexe UmuD'2C formé, il permet, lorsqu ' il est présent au niveau de la lésion, de modifier la fidélité avec laquelle le réplisome effectue la duplication de

        brin (figure 4c). La chronologie de formation du complexe U mu D' 2C fait que le processus de réplication fautive se déclenche après que le processus de recombinaison

        a pu se réaliser.



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