La structure double brin de l’ADN présente deux avantages majeurs. Premièrement, elle sert de référentiel sûr d’informations génétiques où un brin sert de sauvegarde au cas où l’autre brin serait endommagé. Deuxièmement, la double hélice structure peut être enroulée autour de protéines appelées histones pour former des nucléosomes, qui peuvent ensuite être étroitement enroulés pour former des chromosomes. De cette façon, des chaînes d’ADN jusqu’à 2 pouces de long peuvent être contenues dans des structures microscopiques dans une cellule. Une rupture double brin endommage non seulement à la fois des copies de l’information génétique mais perturbe également la continuité de l’ADN, fragilisant le chromosome.
Dans une cellule, il y a environ dix cassures double brin (DSB) par jour. La principale source de dommages sont les sous-produits métaboliques tels que les espèces réactives de l’oxygène et les facteurs environnementaux tels que les rayonnements ionisants. Bien que moins courants, des enzymes nucléaires défectueuses peuvent également provoquer des DSB. L’échec d’enzymes comme les topoisomérases de type II, qui coupent les deux brins d’ADN et les rejoignent tout en démêlant les chromosomes, peut entraîner par inadvertance des DSB. Le stress mécanique sur le duplex d’ADN peut également conduire à des DSB. Chez les procaryotes, une dessiccation prolongée sollicite l’ADN, provoquant des DSB.
Des deux mécanismes de réparation de l’ADN, la recombinaison homologue dépend de la proximité d’une chromatide sœur, ce qui se produit pendant les phases S et G2. En raison de cette restriction, en l’absence de donneur d’homologie, les cellules doivent recourir à la jonction d’extrémités non homologues (NHEJ), même si elle est beaucoup moins précise. Il a été émis l’hypothèse que la raison pour laquelle les eucaryotes supérieurs peuvent se permettre d’utiliser préférentiellement NHEJ pour les réparations DSB est qu’ils ont un ADN non codant abondant, ce qui permet des substitutions, des suppressions ou des ajouts de nucléotides sans conséquences graves.
