Désamination

Réaction d'hydrolyse de la cytosine.

La désamination spontanée correspond à l'hydrolyse de la cytosine en uracile ou de la 5-méthylcytosine en thymine, processus au cours duquel de l'ammoniac est libérée. Cela peut se produire in vitro par l'usage de bisulfite, qui désamine la cytosine mais pas la 5-méthylcytosine. Cette propriété a permis aux chercheurs de séquencer de l'ADN méthylé afin de distinguer la cytosine non méthylée (correspondant à l'uracile) de la cytosine méthylée (non modifiée).

Dans l'ADN, cette désamination spontanée est corrigée par le retrait d'uracile (produit de la désamination de la cytosine et ne faisant pas partie de l'ADN) par l'uracile-ADN glycosylase, générant un site abasique (AP). Le site abasique résultant est ensuite reconnu par des enzymes (AP endonucléases) qui rompent une liaison phosphodiester dans l'ADN, permettant la réparation de la lésion résultante via son remplacement par une autre cytosine. Une ADN polymérase peut effectuer ce remplacement via une traduction de coupure ("nick translation" en anglais), une réaction d'excision terminale de par son activité 5' → 3' exonucléase, suivie d'une réaction de "remplissage" de par son activité polymérase. Ensuite, une ligase forme une liaison phosphodiester afin de sceller le produit résultant, correspondant à une nouvelle cytosine bien appariée. [Voir : Réparation par excision de base.]

La désamination spontanée de la 5-méthylcytosine a pour produits de la thymine et de l'ammoniac. Il s'agit de la mutation d'un nucléotide simple la plus commune. Dans l'ADN, si cette réaction est détectée avant le passage de la fourche de réplication, elle peut être corrigée par la thymine-ADN glycosylase, qui retire la base thymine dans une association G/T mal assortie. Cela laisse un site abasique qui est réparé par les AP endonucléases et la polymérase, de la même façon qu'avec l'uracile-ADN glycosylase[1].

La réaction de désamination hydrolytique de la cytosine ou de la 5-méthylcytosine se produit lorsqu'une molécule d'eau remplace l'amine exocyclique pour donner respectivement l'uracile ou la thymine.

Les dinucléotides CpG, sites où sont retrouvées la majorité des cytosines méthylées, sont des régions qui manifestent une propension élevée de mutations chez la souris, le rat et l'humain[2]. Ainsi, une grande proportion des transitions de l'appariement GC vers l'appariement AT sont retrouvées aux sites CpG[3]. Il est présumé que la désamination de la 5-méthylcytosine pourrait être responsable de ce phénomène[4]. En effet, si cette dernière désamine lors de la division cellulaire sans être réparée, le brin d'ADN mère contiendra une thymine au lieu de la 5-méthylcytosine, ce qui donnera un appariement avec une adénine, générant par conséquent la mutation ponctuelle sur le brin d'ADN fille correspondant. Donc, une transition GC vers AT.

Dans l'exemple ci-dessous, la séquence 5'-ACGT-3' illustre le phénomène de désamination au sein d'une molécule d'ADN double-brin. Si la 5-méthylcytosine (5mC) du dinucléotide CpG subit une désamination, la thymine ainsi générée n'est plus complémentaire à la guanine attenante.

Dans l'ADN double-brin, la 5-méthylcytosine qui désamine donne une thymine, qui n'est pas complémentaire à la guanine attenante.

Si une telle transition apparaît dans une cellule sans que cela soit corrigé et que la division cellulaire a lieu, une mutation GC → AT apparaît dans la cellule fille possédant le brin d'ADN mère sur lequel s'est produit la transition. En effet, lors de la division cellulaire, les deux brins d'ADN sont séparés puis répliqués, ce qui double le matériel génétique afin d'obtenir deux cellules filles. De ce fait, chacune des deux cellules filles détient un brin d'ADN provenant de la cellule mère (en noir ci-dessous) et un brin nouvellement synthétisé (en couleur), un processus dit « semi-conservatif ». Le premier exemple montre que les deux cellules filles détiennent la même séquence génétique, tandis que le deuxième exemple montre une situation dans laquelle une mutation est apparue à la suite de la transition 5mC → T sur le brin du haut.

Dans une cellule, si une 5-méthylcytosine de l'ADN désamine en thymine sans que cela soit corrigé et que la division cellulaire a lieu, une mutation GC → AT apparaît dans la cellule fille possédant le brin d'ADN mère sur lequel s'est produit la transition.

La désamination de la guanine résulte en la formation de xanthine. La xanthine, de façon analogue à la tautomère énol de la guanine, s'apparie de façon sélective avec la thymine au lieu de la cytosine. Cela mène à une mutation transitoire post-réplication, où la paire de bases originelle G-C se transforme en paire de bases A-T. La correction de cette mutation implique l'utilisation d'une alkyladenine glycosylase (Aag) lors de la réparation par excision de base.

La désamination de l'adénine résulte en la formation d'hypoxanthine, entrainant ainsi la modification d'une adénosine en une inosine [5]. L'hypoxanthine, de façon analogue à la tautomère imine de l'adénine, s'apparie de façon sélective avec la cytosine au lieu de la thymine. Cela mène à une mutation transitoire post-réplication, où la paire de bases originelle A-T se transforme en paire de bases G-C.