La réplication asymétrique obligatoire, également appelée division cellulaire asymétrique, est le processus par lequel une cellule souche subit une différenciation ou une division. Le résultat final est la formation de deux cellules filles. [1]
Une cellule est identique à la cellule parentale et l’autre est totalement différenciée. Il s’agit de l’un des processus de la médecine régénérative que les cellules souches peuvent suivre afin de maintenir leur nombre et de constituer une « réserve de cellules souches ». L’autre processus est appelé différenciation stochastique. La réplication asymétrique obligatoire désigne un phénomène au cours duquel, pendant la réplication de DNA, un brin de DNA est toujours répliqué de manière continue (brin directeur), tandis que l’autre brin est répliqué de manière discontinue (brin retardé). Cette asymétrie s’explique par le fait que la synthèse de DNA par les polymérases de DNA ne peut se produire que dans le sens 5′ vers 3′.
Décomposition de la division cellulaire asymétrique
- DNA Structure et réplication : ADN est une double hélice à deux brins, les deux brins étant orientés en sens opposés. Un brin est orienté de 5′ à 3′ (selon la numérotation des carbones du squelette sucre-phosphate), et l’autre est orienté de 3′ à 5′. Les polymérases DNA, enzymes qui synthétisent l’DNA, ne peuvent ajouter des nucléotides qu’à l’extrémité 3′ d’un brin d’DNA en croissance.
- Brin directeur et brin retardé : Lorsque la double hélice DNA est déroulée par l’hélicase pendant la réplication, les deux brins sont exposés.
Le brin directeur est celui qui peut être synthétisé en continu par la polymérase DNA, dans le même sens que la fourche de réplication. Le brin retardé, en revanche, est synthétisé de manière discontinue en petits fragments appelés fragments d’Okazaki, car le sens de sa synthèse (5′ vers 3′) est opposé au déplacement de la fourche de réplication. Après la synthèse de chaque fragment d’Okazaki, la polymérase DNA doit se repositionner plus en arrière sur le brin matrice retardé afin de commencer la synthèse du fragment suivant. - Rôle des amorces RNA : pour que la polymérase DNA commence la synthèse, elle a besoin d’une courte amorce RNA fournissant un point de départ. Ces amorces sont déposées par une enzyme appelée primase.
Sur le brin directeur, une seule amorce est nécessaire à l’origine de la réplication. La polymérase peut alors synthétiser l’ensemble du brin de façon continue. Pour le brin retardé, en revanche, une nouvelle amorce est nécessaire pour chacun des fragments d’Okazaki. Une fois les fragments synthétisés, les amorces RNA sont retirées et les espaces sont comblés avec DNA par une autre polymérase DNA. Enfin, les fragments sont reliés entre eux par l’enzyme ligase DNA. - Implications biologiques : Cette réplication asymétrique obligatoire a des implications pour le processus de réplication DNA, notamment la coordination de la machinerie de réplication, la nécessité de plusieurs enzymes telles que les ligases et les primases, ainsi que les sources potentielles d’erreurs de réplication.
Les extrémités des chromosomes linéaires, appelées télomères, présentent des difficultés supplémentaires lors de la réplication, en particulier pour le brin retardé, en raison de l’asymétrie obligatoire. En effet, l’extrémité même du brin retardé ne peut pas être entièrement répliquée, ce qui peut entraîner un raccourcissement des télomères à chaque division cellulaire. Ce phénomène a des implications pour le vieillissement cellulaire et fait l’objet de nombreuses recherches.
La réplication asymétrique obligatoire est un aspect fondamental de la réplication de DNA dans les cellules possédant des chromosomes linéaires et a plusieurs implications biologiques, depuis la machinerie moléculaire nécessaire à la réplication jusqu’à des considérations plus larges sur la stabilité du génome et le vieillissement cellulaire.
Référence clinique publiée
[1] ^Ralph A. Neumüller, Juergen A. Knoblich. Division de l’asymétrie cellulaire : division cellulaire asymétrique et ses implications pour les cellules souches et le cancer. Genes Dev. 2009 déc. 1; 23(23): 2675–2699.
doi: 10.1101/gad.1850809
