4. Contrôle de l’expression génique chez les eucaryotes Flashcards
Décrivez la structure et la composition du nucléosome, ainsi que son rôle dans la compaction de l’ADN. (RAPPEL)
Le nucléosome est l’unité de base de la chromatine, constitué d’un octamère d’histones (2 copies de chaque histone : H2A, H2B, H3 et H4) autour duquel l’ADN s’enroule (chez la levure:
146pb/1.65 tour et ≈ 54 pb entre chaque octamère)
L’histone H1 joue un rôle de stabilisation en reliant l’ADN entre les nucléosomes, appelé « linker DNA ».
Les histones, riches en lysines et arginines chargées positivement (basiques), interagissent avec l’ADN, chargé négativement, grâce à des interactions électrostatiques.
Cette structure permet de compacter l’ADN tout en le rendant modulable pour les processus biologiques comme la réplication et la transcription.
Quels sont les niveaux de stabilité des sous-unités d’un octamère d’histones, et pourquoi ? (RAPPEL)
L’octamère d’histones est formé d’un tétramère central H3-H4, qui est très stable, et de deux dimères périphériques H2A-H2B, plus mobiles et susceptibles de se dissocier facilement. Cette mobilité des dimères H2A-H2B permet de réguler l’accessibilité de l’ADN aux enzymes et protéines impliquées dans la transcription ou la réparation.
Comparez l’euchromatine et l’hétérochromatine en termes de structure et de fonction. (RAPPEL)
Euchromatine : Décondensée, transcriptionnellement active, permettant l’accès aux facteurs de transcription. Elle contient des régions exprimées ou potentiellement exprimables.
Hétérochromatine : Condensée, transcriptionnellement inactive, constituée de régions peu ou pas exprimées. Elle se divise en deux types :
- Constitutive : Toujours condensée (ex. : séquences répétées près des centromères).
- Facultative : Condensée de façon réversible selon les besoins cellulaires ou le stade de développement.
Pourquoi la structure de la chromatine joue-t-elle un rôle clé dans la régulation de l’expression génique ? (RAPPEL)
L’état de condensation de la chromatine détermine l’accessibilité de l’ADN aux facteurs de transcription et aux enzymes. Dans l’euchromatine, l’ADN est accessible, favorisant la transcription, tandis que dans l’hétérochromatine, l’enroulement dense limite l’accès, rendant ces régions silencieuses sur le plan transcriptionnel.
Expliquez l’organisation tridimensionnelle de l’octamère d’histones et son rôle dans la structure de la chromatine. (RAPPEL)
L’octamère d’histones est composé d’un tétramère H3-H4 au centre, associé à deux dimères H2A-H2B.
L’interaction entre les histones et l’ADN est principalement stabilisée par les charges opposées des histones (chargées positivement grâce à leurs résidus lysine et arginine) et de l’ADN (chargé négativement).
Cette organisation favorise la compaction de l’ADN et forme la base de la fibre de chromatine.
L’arrangement en « collier de perles » est visible en microscopie électronique, où chaque perle correspond à un nucléosome et les espaces entre eux sont constitués de linker DNA.
(sowy c’est long mais c’est juste un rappel)
Qu’est-ce que le corpuscule de Barr ? (pas important)
C’est le chromosome X inactif chez les femelles (XX), visible sous forme de hétérochromatine condensée à l’interphase.
Pourquoi le chromosome X est-il inactivé chez les femelles ? L’inactivation du chromosome X est-elle aléatoire ? (pas important)
Pour éviter une double dose d’expression des gènes présents sur le chromosome X.
Oui, dans chaque cellule de l’embryon, l’inactivation est aléatoire entre le chromosome X paternel et maternel.
Pourquoi les chats calico présentent-ils des taches de différentes couleurs ? Pourquoi ce sont presque toujours des femelles ? (pas important)
La coloration est liée à l’inactivation aléatoire du chromosome X portant les allèles responsables de la couleur orange ou noire.
Parce qu’ils nécessitent deux chromosomes X pour exprimer ce phénomène ; les mâles exceptionnels sont XXY (syndrome de Klinefelter).
Où trouve-t-on les chromosomes polytènes et quelle est leur particularité ? Que sont les « puffs » sur les chromosomes polytènes ? (pas important)
On les trouve dans les glandes salivaires de certains insectes (ex. : Drosophile). Ils résultent de plusieurs réplications sans division cellulaire, formant des chromatides épaisses.
Ce sont des régions décondensées correspondant à des zones actives de transcription. On peut observer l’activité transcriptionnelle des « puffs » par hybridation in situ avec un anticorps anti-ARN polymérase.
Où observe-t-on les chromosomes en goupillon ? (pas important)
Chromosome en goupillon (lampbrush), observés dans les oocytes de la plupart des animaux (excepté mammifères), où l’on distingue facilement des boucles d’ADN.
Quelle est la relation entre les boucles de chromatine et la transcription ? (pas important)
Les boucles sont des régions décondensées et actives en transcription, tandis que le reste du chromosome est condensé et inactif.
Qu’est-ce que la chromatine active par rapport à l’ADN et comment cela affecte-t-il la transcription ?
La chromatine active est caractérisée par de l’ADN sous forme de chromatine décondensée, ce qui permet aux protéines de transcription d’avoir un meilleur accès aux gènes, facilitant ainsi leur transcription.
Comment la sensibilité à la DNase I est-elle utilisée pour identifier les régions de chromatine active ?
Les régions de chromatine plus facilement digérées par la DNase I indiquent une accessibilité accrue de l’ADN, suggérant une activité transcriptionnelle potentielle.
Ces régions sont souvent analysées par Southern Blot pour déterminer leur localisation et fonction.
Quel est ce qu’une hybridation Southern ? (pas important)
- Objectif : Quantifier un fragment d’ADN spécifique.
- Une sonde d’ADN complémentaire marquée (radioactivement ou autre).
- Étape critique pour hybrider la sonde : La dénaturation pour permettre l’appariement des bases complémentaires.
Comment les sites hypersensibles à la DNase I sont-ils liés à la régulation génique ?
Les sites hypersensibles à la DNase I sont souvent dépourvus de nucléosomes et présentent une activité transcriptionnelle accrue due à l’accès facilité des facteurs de transcription au promoteur du gène.
Comment les régions hypersensibles à la DNAse I sont-elles marquées et identifiées ? (pas important)
- Marquées par ligation d’un linker biotinylé après traitement à la DNAse I. Ensuite, l’ADN biotinylé est purifié, séquencé (haut débit) et aligné au génome pour l’identifier.
- Avantage de cette technique : Identifier toutes les régions sensibles à la DNAse dans un génome en une seule expérience.
Quelle est la fonction du formaldéhyde dans le pontage ADN-protéine ? (pas important)
- Former des liaisons covalentes réversibles entre l’ADN/chromatine et les protéines associées.
- Le pontage au formaldéhyde se rompt par incubation à 65 °C.
- But de cette méthode : quantifier les interactions entre protéines et séquences spécifiques d’ADN.
En quoi consiste la technique de Chromatin-Immunoprecipitation (ChIP) ?
La ChIP permet d’identifier les régions d’ADN qui interagissent avec des protéines spécifiques. Après fixation des protéines à l’ADN, la chromatine est fragmentée et les complexes protéine-ADN sont isolés. L’ADN associé est ensuite analysé pour identifier les régions de liaison des protéines d’intérêt.
Expliquez le lien entre la sensibilité à la DNAse I et la liaison des facteurs de transcription, comme illustré pour le gène IML1. (pas important)
La sensibilité à la DNAse I indique une région de chromatine ouverte, souvent associée à des sites de liaison pour des facteurs de transcription. Dans l’exemple du gène IML1, les régions sensibles à la DNAse I correspondent aux sites de liaison des facteurs Abf1 et Cbf1, confirmés par des expériences de ChIP.
En quoi la position des amorces A et B influence-t-elle les résultats de qPCR après ChIP ? (pas important)
La position des amorces A et B détermine les régions amplifiées par la qPCR. Les amorces situées dans des régions plus enrichies en ADN lié à Abf1 (comme la région cible d’A) donneront un signal à un nombre de cycles plus faible, car elles amplifient plus efficacement le fragment ciblé. En revanche, les amorces B, situées dans une région moins enrichie, nécessiteront plus de cycles pour obtenir un signal détectable.
Pourquoi la paire d’amorces B génère-t-elle un signal à un nombre de cycles plus élevé que la paire d’amorces A dans un ChIP Abf1 ? (pas important)
La région ciblée par les amorces B est moins enrichie en ADN lié à Abf1, car elle est plus éloignée du site de liaison principal d’Abf1. Cela reflète une moindre accessibilité de cette région ou une absence relative de fixation d’Abf1.
Qu’est-ce qu’un Locus Control Region (LCR) et comment influence-t-il l’expression génique ?
Un Locus Control Region (LCR) est une région de l’ADN qui régule l’expression de plusieurs gènes situés à proximité ou même à distance dans un locus spécifique.
Le LCR contient des sites hypersensibles à la DNase I qui facilitent l’accès à l’ADN par les facteurs de transcription et les coactivateurs, formant des boucles avec les promoteurs des gènes qu’il régule, agissant souvent comme un super-enhancer pour coordonner l’expression génique sur de grandes distances.
Comment les sites hypersensibles à la DNase I révèlent-ils l’activité transcriptionnelle dans les LCR ?
Les sites hypersensibles à la DNase I indiquent des régions de la chromatine qui sont moins denses en nucléosomes et donc plus accessibles.
Cette accessibilité accrue permet une liaison plus facile des facteurs de transcription et des complexes de remodelage de la chromatine, ce qui est essentiel pour l’initiation et la régulation de la transcription à ces sites.
Dans le cas des gènes de la globine, certains de ces sites sont localisés à des distances considérables du gène qu’ils régulent, démontrant ainsi leur capacité à influencer l’expression génique de manière distale.
Quel est l’effet global de la chromatine et des nucléosomes sur la transcription ?
La chromatine et les nucléosomes agissent principalement comme des inhibiteurs de la transcription en rendant l’ADN moins accessible aux facteurs de transcription.
Comment les complexes de remodelage de la chromatine facilitent-ils la transcription ?
Ces complexes utilisent l’énergie produite par l’hydrolyse de l’ATP pour déplacer ou éjecter les nucléosomes, rendant ainsi l’ADN accessible aux facteurs de transcription nécessaires à l’initiation du processus transcriptionnel.
Quels mécanismes régulent l’activité des complexes de remodelage de la chromatine ?
L’activité de ces complexes est régulée par des facteurs de liaison à l’ADN et par des modifications post-traductionnelles des histones, telles que l’acétylation et la méthylation, qui peuvent influencer leur recrutement et leur fonction.
Quelles sont les quatre principales familles de complexes de remodelage de la chromatine et quels domaines communs possèdent-elles ?
Les 4 familles principales sont SWI/SNF, ISWI, CHD et INO80.
Elles partagent des propriétés communes telles que l’affinité pour les nucléosomes et les histones, des domaines protéiques reconnaissant les histones modifiées comme les bromodomaines (pour les lysines acétylées) et les chromodomaines (pour les lysines méthylées), ainsi qu’un domaine ATPase qui modifie les contacts entre les histones et l’ADN.
Comment les complexes de remodelage de la chromatine influencent-ils l’expression génique ?
Ces complexes modifient la structure de la chromatine en déplaçant, éjectant ou restructurant les nucléosomes.
Cela modifie l’accessibilité de l’ADN aux facteurs de transcription et autres protéines régulatrices, facilitant ou inhibant l’expression génique.
Leur activité est essentielle pour la régulation de gènes spécifiques, souvent en réponse à des signaux cellulaires ou environnementaux.
Quel rôle jouent les domaines spécifiques tels que les bromodomaines et les chromodomaines dans la fonction des complexes de remodelage de la chromatine ?
Les bromodomaines et les chromodomaines permettent aux complexes de remodelage de la chromatine de reconnaître et de se lier spécifiquement aux histones qui ont subi des modifications post-traductionnelles.
Cela permet de cibler ces complexes à des régions spécifiques de la chromatine où des modifications d’acétylation ou de méthylation des histones ont eu lieu, influençant ainsi directement le recrutement et l’activité de ces complexes à des sites régulateurs clés comme les enhancers.
Comment les complexes de remodelage de la chromatine influencent-ils la position des nucléosomes le long de l’ADN ?
Les complexes de remodelage de la chromatine, dépendants de l’ATP, peuvent glisser les nucléosomes le long de l’ADN, changer l’espacement entre eux, ou même les éjecter.
Ces modifications permettent d’exposer des séquences d’ADN précédemment cachées, facilitant ainsi l’accès des facteurs de transcription à ces régions pour initier la transcription.
Vrai ou Faux ? Les complexes de remodelage de la chromatine agissent toujours comme activateurs de la transcription.
Faux.
Les complexes de remodelage de la chromatine ne sont pas toujours activateurs de la transcription. Bien qu’ils puissent rendre l’ADN plus accessible en déplaçant les nucléosomes, ils peuvent également réduire l’accessibilité de l’ADN en “encastrant” des séquences spécifiques à l’intérieur des nucléosomes, diminuant ainsi l’accès aux sites de liaison pour les facteurs de transcription et autres protéines régulatrices.
Comment se produit le glissement des nucléosomes et quel est son impact sur l’accessibilité de l’ADN ? (pas important)
Le glissement des nucléosomes peut se produire passivement, grâce à un mouvement spontané des nucléosomes qui libère 10 à 20 bases d’ADN à l’entrée ou à la sortie du nucléosome, ou activement sous l’influence de complexes de remodelage.
Ce processus améliore l’accessibilité de l’ADN pour les facteurs de transcription, facilitant ainsi la régulation génique. Les complexes de remodelage stabilisent ces événements, augmentant leur fréquence.
Quel est l’effet de l’éjection des nucléosomes par certains complexes de remodelage ?
Des complexes comme SWI/SNF et certains complexes ISWI peuvent éjecter des dimères d’histones ou même des octamères entiers d’histones.
Cette éjection peut entraîner la dissociation complète du nucléosome, rendant ainsi des régions de l’ADN totalement accessibles, ce qui est particulièrement important pour les zones régulatrices telles que les enhancers.
Quelles sont les conséquences de l’accessibilité accrue de l’ADN causée par le remodelage de la chromatine ?
Lorsque les nucléosomes sont déplacés ou éjectés, les sites de l’ADN deviennent hypersensibles à la DNase, ce qui est un indicateur de leur accessibilité accrue.
Cela permet non seulement une liaison plus facile des facteurs de transcription mais aussi peut influencer la régulation globale de l’expression des gènes, facilitant ainsi les réponses adaptatives de la cellule aux changements environnementaux ou aux signaux de développement.
Quel est le rôle des complexes de remodelage de la chromatine dans le remplacement des histones ?
Les complexes de remodelage de la chromatine, comme le complexe SWR1, jouent un rôle crucial en remplaçant les histones standard par des variantes d’histones.
Ce processus modifie la structure de la chromatine, rendant l’ADN plus ou moins accessible à la machinerie transcriptionnelle et influençant ainsi l’expression génique.
Comment le remplacement de l’histone H2A par le variant H2AZ affecte-t-il la transcription ?
Le remplacement de H2A par H2AZ dans un promoteur, via l’action du remodelage chromatinien par SWR1, peut augmenter les niveaux de transcription. Le variant H2AZ est associé à une chromatine plus ouverte, ce qui facilite l’accès des facteurs de transcription et potentiellement augmente l’activité transcriptionnelle.
Pourquoi est-il important que des variants spécifiques d’histones soient incorporés dans certaines régions de l’ADN ?
L’incorporation de variants d’histones comme H2AZ modifie les propriétés physiques et chimiques des nucléosomes, affectant leur stabilité et leur interaction avec d’autres protéines régulatrices.
Cela permet une régulation fine de l’expression génique, essentielle pour la réponse adaptative des cellules aux signaux internes et externes.
Vous suspectez qu’un remodeleur de la chromatine agit sur une région d’ADN d’intérêt soit en enlevant un nucléosome ou en remplaçant les histones d’un nucléosome.
Vous avez sous la main en laboratoire une lignée cellulaire dans laquelle le remodeleur en question est inactivé–KO (et une lignée contrôle dans laquelle le remodeleur est actif–WT).
Comment pourriez-vous tester si effectivement le
remodeleur de la chromatine agit sur la région
d’intérêt, et par quel mécanisme ?
- Faire un essai à la DNAseI dans la lignée WT et KO: on s’attends à une plus grande sensibilité à la DNAseI dans la lignée WT que la lignée KO si le scénario A est favorisé.
- Faire un ChIP suivi d’un qPCR pour le variant d’histone en question et le gène d’intérêt. Le signal devrait être plus fort dans le WT que KO si le scénario B est favorisé.
Quels sont les différents mécanismes par lesquels les complexes de remodelage de la chromatine peuvent modifier la structure de la chromatine ?
- Glisser les nucléosomes le long de l’ADN pour exposer ou masquer des séquences spécifiques (sliding).
- Éjecter complètement les nucléosomes de l’ADN, augmentant ainsi l’accessibilité de l’ADN (ejection).
- Remplacer des dimères d’histones standards H2A-H2B par des variantes d’histones, comme H2AZ, ce qui peut affecter la stabilité et la fonction des nucléosomes (H2A-H2B dimer replacement).
Comment la déstabilisation temporaire des nucléosomes par éjection partielle d’histones affecte-t-elle l’accessibilité de l’ADN ?
L’éjection temporaire de dimères d’histones H2A-H2B peut laisser l’ADN sous-jacent plus exposé et donc plus accessible, bien que cette configuration soit instable à long terme. Cela peut favoriser un accès temporaire pour la machinerie transcriptionnelle ou d’autres protéines régulatrices.
