ADN polymérase

Une ADN polymérase est un complexe enzymatique intervenant dans la réplication de l’ADN. Celui-ci permet de maintenir la molécule d'ADN ouverte (les deux brins séparés) durant la transcription.

Toutes les ADN polymérases synthétisent l’ADN dans le sens 5'-3' et aucune n’est capable de commencer une nouvelle chaîne sans amorces. Elles ne peuvent que rajouter des nucléotides à partir d’une amorce préexistante à l’extrémité 3’-OH. Pour cette raison l’ADN polymérase a besoin d’une amorce (ou primer), sur laquelle elle pourra ajouter de nouveaux oligonucléotides. L’amorce peut être formée d’ADN ou d’ARN et est synthétisée par une autre enzyme, appelée primase. Une enzyme, hélicase, est ensuite requise pour délier le double brin de l’ADN et ainsi faciliter l’accès des ADN polymérases sur les brins d’ADN, devenu simple brin, et permettre ainsi la réplication. Les ADN polymérases possèdent une structure très conservée. Elles sont considérées comme étant des holoenzymes puisqu’elles ont besoin d’un ion Magnésium comme cofacteur pour fonctionner correctement. En absence d’ions Magnésium, elles sont appelées apoenzymes.

Les ADN polymérase ont la capacité de corriger les erreurs dans la formation de brin néoformé. Lorsqu'une paire de base incorrecte est reconnue, l’ADN polymérase va revenir en arrière grâce à son activité 3’-5’ exonucléase, va réinsérer la base correcte, et reprendre la réplication.

ADN Polymérases bactériennes

Cinq ADN polymérases ont été identifiées chez les bactéries:

Pol I : impliquée dans la réparation de l’ADN. Elles possèdent les deux activités 5'->3' et 3'->5' (activité exonucléase)
Pol II : impliquée dans la réplication de l'ADN endommagée et possède activité 5'->3' et une activité a 5'->3' exonucléase.
Pol III : c’est la principale polymérase bactérienne qui intervient dans l'élongation de la chaîne d'ADN lors de la réplication au niveau du brin avancé et de la synthèse des fragments d’Okazaki. Elle est constituée de dix sous-unités.
Pol IV : ADN polymérase de la famille Y.
Pol V : ADN polymérase de la famille Y.

ADN Polymérases Eucaryotes

ADN Pol α:
ADN Pol β:
Pol γ: Cette polymérase intervient dans la réplication de l'ADN mitochondrial.
ADN Pol δ: C'est la polymérase principale qui intervient dans la réplication de l'ADN chez les Eucaryotes, avec l'ADN Pol &epsilon, dans la synthèse du brin avancé et du brin retardé. Elle possède aussi une activité exonucléasique 3' vers 5' intervenant dans la correction des erreurs et dans des processus de réparation. La polymérase &delta est hautement processive lorsqu'elle est associé au PCNA. Cette polymérase correspond à la Pol III des levures.
ADN Pol ε: Elle possède une activité polymérase 5' vers 3' et une activité exonucléase 3' vers 5' et intervient dans la réplication et la réparation de l'ADN.
η, ι, κ, et Rev1 : polymérase de la famille Y
ADN Pol ζ

ADN Polymérases chez les Archaea

Polymérase B : Toutes les ADN polymérases de type B identifiées chez les Archaea présentent une activité 5' vers 3' et une activité exonucléasique 3' vers 5'. Elles sont constitués d'une seule sous-unité.
Polymérase D : Ces ADN polymérases trouvées chez les Euryarchaeotes sont constituées de deux sous-unités différentes. La grande sous-unité DP2 possède l'activité catalytique, mais seulement en présence de la petite sous-unité DP1.

Familles d'ADN Polymérases

Sur la base d’homologie de séquence protéique et de structure, les polymérase peuvent être divisées en différentes familles : A, B, C, D, X, Y et RT.

Famille A

Les polymérases de la famille A contiennent des polymérases réplicatives et des polymérases de réparation. Les polymérases réplicatives de cette famille comprennent notamment la polymérase du bactériophage T7 et l’ADN polymérase eucaryote γ. Parmi les ADN polymérases de réparation, on peut trouvé l’ADN Polymérase I de E. coli, de Thermus aquaticus et de Bacillus stearothermophilus. Ces polymérases de réparation sont impliquées dans des processus de réparation par excision et dans la synthèse des fragments d’Okazaki du brin retardé lors de la réplication.

Famille B

Cette famille comprend essentiellement des ADN polymérases réplicatives et inclut les ADN polymérases majeurs eucaryotes α, δ, et ε. Une ADN polymérase de la famille B a été identifiée chez toutes les espèces d’Archaea examinées. La famille B contient aussi des ADN polymérases provenant de bactéries et de bactériophages, dont les mieux caractérisés sont celles des phages T4 et RB69. ces enzymes sont impliquées dans la synthèse du brin avancé et du brin retardé.

Famille C

Les ADN polymérases de cette famille ont été isolées chez des bactéries. Elles possèdent aussi une activité exonucléase 3’5’.

Famille D

Les ADN polymérases de la famille D restent encore peu caractérisées et sont trouvées seulement chez les Euryarchaeota, un groupe d’Archaea.

Famille X

Famille Y

Les polymérases de la famille Y sont caractérisés par leur capacité à tolérer des lésions de l’ADN lors de la réplication. Elles sont appelées les polymérases de translésion (TLS pour translesion sythesis polymerases). Elles ne possèdent pas de fonction exonucléase 3’ vers 5’. Leur fidélité lors de la synthèse d’ADN est faible, même en absence d’ADN endommagé.

Famille RT

La famille des reverse transcriptase comprend des ADN polymérase de rétrovirus et d’eucaryotes. Ces polymérases sont capables de synthétiser de l’ADN à partir d’une matrice ARN.

Références

1. Garg, P., and P. M. Burgers. 2005. DNA polymerases that propagate the eukaryotic DNA replication fork. Crit Rev Biochem Mol Biol 40:115-28.
2. Hubscher, U., G. Maga, and S. Spadari. 2002. Eukaryotic DNA polymerases. Annu Rev Biochem 71:133-63.
3. Kelman, Z. 2000. DNA Replication in the Third Domain (of Life). Current Protein and Peptide Science 1:139-154.
4. Nohmi, T. 2006. Environmental Stress and Lesion-Bypass DNA Polymerases. Annu Rev Microbiol.

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