Recombinaison homologue

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La recombinaison homologue est un type de recombinaison génétique où les séquences de nucléotides sont échangées entre des molécules d'ADN identiques ou similaires.

Schéma du chromosome 1 après recombinaison homologue
Figure 1. Au cours de la méiose, la recombinaison homologue peut produire de nouvelles combinaisons de gènes comme montré ici entre des copies similaires mais pas identiques du chromosome 1 humain.

Elle est utilisée par les cellules pour réparer les lésions touchant les deux brins de l'ADN. La recombinaison homologue permet aussi de créer de nouvelles combinaisons pendant la méiose, c'est-à-dire le processus par lequel les eucaryotes créent des gamètes. Ces nouvelles combinaisons permettent la variation génétique des populations, ce qui conduit à long terme à l'évolution[1]. Enfin, la recombinaison homologue est utilisée par les bactéries et les virus pour s'échanger du matériel génétique (transfert de gène horizontal).

Bien que la recombinaison soit très différente d'une espèce à l'autre, elle suit en général une série d'étapes similaires : La résection consiste à supprimer une section d'ADN autour des extrémité 5' de la lésion. Elle est suivie par l'invasion de brin, où les extrémités 3' restantes autour de la lésion se fixent à une molécule intacte d'ADN de séquence similaire. Les molécules se connectent alors pour former une structure appelée jonction de Holliday. Lors de la méiose, les enzymes peuvent couper les brins de différentes manières, conduisant à un crossing-over ou non. Lors d'une réparation de l'ADN, il n'y a en général pas de crossing-over, le but étant de restaurer l'ADN tel qu'il était auparavant.

Le phénomène de recombinaison est conservé au sein de tous les domaines de la vie, et même des virus, suggérant qu'il s'agit d'un mécanisme biologique universel. La présence des gènes régulant la recombinaison homologue chez les protistes témoigne de l'apparition précoce de la méiose dans l'histoire de la vie. Une dysfonction de ces gènes étant corrélée avec l'apparition de plusieurs types de cancers, les protéines concernées font l'objet de recherches actives. La technique du gene targeting, qui permet d'introduire des changements dans le génotype d'organismes, a valu à Mario Capecchi, Martin Evans et Oliver Smithies le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 2007.

Synchronisation avec le cycle cellulaire[modifier | modifier le code]

Figure 3. La recombinaison homologue répare l'ADN avant que la cellule n'entre en mitose.

Les lésions double-brins peuvent être réparées par recombinaison homologue ou par recombinaison non-homologue (non-homologous end joining ou NHEJ). La NHEJ est un mécanisme de réparation de l'ADN qui, contrairement à la recombinaison homologue, n'a pas besoin d'une longue séquence homologue pour guider la réparation. Le choix du mode de recombinaison utilisé dépend largement de la phase du cycle cellulaire. La recombinaison homologue sera utilisée avant la mitose (phase M), et pendant la réplication de l'ADN, au cours des phases S et G2, quand les chromatides sœurs sont facilement disponibles[2]. Contrairement aux chromosomes homologues, qui diffèrent par leurs allèles, les chromatides sont en tous points identiques, ce qui en fait un candidat idéal pour la recombinaison homologue. La recombinaison non-homologue est quant à elle prédominante pendant la phase G1 de cycle cellulaire, quand la cellule est en croissance mais pas en division. Elle est cependant présente tout au long du cycle dans une moindre mesure. Les mécanismes régulant ces recombinaisons diffèrent selon les espèces[3].

Les CDK (cyclin-dependent kinases), qui influent sur l'activité d'autres protéines par phosphorylation, sont des régulateurs importants de la recombinaison homologue chez les eukaryotes[3]. Chez la levure qui se reproduit par bourgeonnement, la CDK Cdc28 induit la recombinaison homologue en phosphorylant la protéine Sae2[4]. Sae2 est une endonucléase capable de faire une coupure propre autour d'une lésion double-brin dans l'ADN. Cela permet à une protéine trimérique, le complexe MRX, de se fixer à l'ADN, et de contrôler l'échange de matériel entre les deux molécules d'ADN[5].

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) B et al Alberts, Molecular Biology of the Cell, New York, 4th,‎ (ISBN 0-8153-3218-1, OCLC 48122761 57023651 69932405&lang=fr 145080076 48122761 57023651 69932405), « Chapter 5: DNA Replication, Repair, and Recombination », p. 845
  2. (en) Alberts B et al., Molecular Biology of the Cell, 5th,‎ (ISBN 978-0-8153-4105-5), p. 303
  3. a et b M Shrivastav, LP De Haro et JA Nickoloff, « Regulation of DNA double-strand break repair pathway choice », Cell Research, vol. 18, no 1,‎ , p. 134–147 (PMID 18157161, DOI 10.1038/cr.2007.111, lire en ligne)
  4. EP Mimitou et LS Symington, « Nucleases and helicases take center stage in homologous recombination », Trends in Biochemical Science, vol. 34, no 5,‎ , p. 264–272 (PMID 19375328, DOI 10.1016/j.tibs.2009.01.010)
  5. P Huertas, F Cortés-Ledesma, AA Sartori, A Aguilera et SP Jackson, « CDK targets Sae2 to control DNA-end resection and homologous recombination », Nature, vol. 455, no 7213,‎ , p. 689–692 (PMID 18716619, PMCID 2635538, DOI 10.1038/nature07215)

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