ADN polymérases
Les enzymes
appelées acide désoxyribonucléique (ADN) polymérases (pols) interviennent dans
la maintenance de l’intégrité du génome lors de processus tels que la
réplication de l’ADN, les différents mécanismes de réparation de l’ADN, la
recombinaison de l’ADN et la synthèse erronée de l’ADN. Tous les avènements
liés à la synthèse génomique sont réalisés par différentes polymérases, dont la
classification en six groupes distincts [type (ou famille) A, B, C, D, X et Y)
repose sur la base de leur séquence en acides aminés [1]. Un grand nombre de
ces polymérases provenant de différentes espèces ont été identifiées, purifiées
et caractérisées biochimiquement. Ces polymérases diffèrent par leur
composition protéique, leurs propriétés catalytiques tels que la processivité,
la fidélité et le taux d’extension de la chaîne d’ADN [2-4]. Jusqu'à
maintenant, la plupart des études menées sur les polymérases d’archées
concernent leur implication dans la réplication de l’ADN. Les polymérases de
type B et D sont décrites comme des ADN polymérases classiques utilisant l’ADN
simple brin ‘matrice’ pour synthétiser le brin complémentaire lors de la
réplication chromosomique. Ces deux polymérases possèdent une activité
polymérasique associée à une activité 3’-5’ exonucléasique (correction des
erreurs), conférant une meilleure fidélité de duplication du matériel génétique
[4]. Toutefois, l’identité de l’ADN polymérase (type B ou D) qui remplit la
fonction de réplicase n’est pas élucidée et se complique au sein des archées.
En effet, alors que les génomes des euryarchées codent pour une pol B
monomérique et une pol D dimérique [5, 6], deux polymérases de type B (absence
de pol de type D) sont présentes dans les génomes de crenarchées [7, 8].
Récemment, la découverte et la caractérisation d’une nouvelle pol de type Y a
été décrite chez les archées. Cette polymérase présente non seulement une
faible fidélité conférant une synthèse de l’ADN imparfaite [9] mais aussi une
capacité à polymériser malgré la présence de lésions [10]. Toutefois, le nombre
de polymérases connues chez les archées est très inférieur à celui des
eucaryotes, suggérant l’implication d’une même polymérase dans divers processus
de maintenance génomique. Un tableau récapitulatif des différentes familles (ou
types) de polymérases décrites à ce jour dans les trois domaines du monde
vivant est représenté dans le tableau 1.
ADN
polymerases∗
|
|||
Famille
(ou type)
|
Exemple
|
Taux
d’erreurs
|
Fonction
|
A
|
PolI,
T7, Taq
|
105
to 106
|
Replication
|
B
|
Pol II, RB69,
Pol B
Pol
α, δ, ε
|
105
to 106
|
Replication
|
C
|
Pol
III α subunit
|
105
to 106
|
Replication
|
D
|
Pol
D
|
105
to 106 ?
|
Replication
?
|
X
|
Pol β, λ, σ, τ, TdT Pol
X-like
|
104
to 105
|
Reparation,
Ig, TCR
|
Y
|
DinB,
UmuCD’ Dpo4, Dbh Pol ξ,ι,η,κ
|
102
to 104
|
Mutagenic,
TLS
|
∗
Les composants représentatifs des familles d’ADN polymerases sont en noir (Pol
I, II et III d’ E. coli), en bleu pour les eucaryotes et en vert pour les
archaea. La plupart des pols réplicatives appartiennent à la famille B. Le taux
d’erreurs de la Pol D ainsi que son rôle dans la maintenance génomique ne sont
pas connus. La Pol γ mitochondriale peut être incluse dans la famille A ou B ;
Ig, immunoglobuline ; TCR, récepteur cellule T ; TLS, synthèse trans-lésion.
Références
1. Yang, W. (2003) Damage repair DNA polymerases Y,
Cur Opinion Struct Biol 13:23-30.
2. Böhlke, K., Pisani, F. M., Rossi, M.,
Antranikian, G. (2002) Archaeal DNA replication: spotlight on a rapidly moving
field, Extremophiles 6:1-14.
3. Ishino, Y., Cann, I.K.O. (1998) The
euryarchaeotes, a subdomain of Archaea, survive on a single DNA polymerase:
Fact or farce? Genes Genet Systems 73:323-336.
4. Kelman, Z. (2000) DNA
Replication in the Third Domain (of Life), Cur Protein Pept Sci 1:139-154.
5.
Ishino, Y., Komori, K., Cann, I.K.O.,Koga, Y. (1998) A novel DNA polymerase
family found in Archaea, J Bacteriol 180:2232-2236.
6. Gueguen, Y., Rolland, J.
L., Lecompte, O., Azam, P., Le Romancer, G., Flament, D., Raffin, J.P.,
Dietrich, J. (2001) Characterization of two DNA polymerases from the
hyperthermophilic euryarchaeon Pyrococcus abyssi, Eur J Biochem. 268:5961-5969.
7. Cann, I.K.O., Ishino, Y. (1999) Archaeal DNA replication: Identifying the
pieces to solve a puzzle, Genetics 152:1249-1267.
8. Kawarabayasi, Y., Hino,
Y., Horikawa, H., Jin-no, K., Takahashi, M., Sekine, M., Baba, S., Ankai, A.,
Kosugi, H., Hosoyama, A., et al. (2001) Complete genome sequence of an aerobic
thermoacidophilic crenarchaeon, Sulfolobus tokodaii strain7, DNA Res 8:123-140.
9. Boudsocq, F., Iwai, S., Hanaoka, F., Woodgate, R. (2001) Sulfolobus
solfataricus P2 DNA polymerase IV (Dpo4): an archaeal DinB-like DNA polymerase
with lesion-bypass properties akin to eukaryotic pol eta, Nucleic Acids
Research. 29, 4607-4616.
10. Kokoska, R. J., Bebenek, K., Boudsocq, F.,
Woodgate, R., Kunkel, T. A. (2002) Low fidelity DNA synthesis by a Y family DNA
polymerase due to misalignment in the active site, J Biol Chem,
277:19633-19638.