Asselin cours 5-Régulation des gènes eucaryotes Flashcards
Dire les Niveaux de régulation de l’expression des gènes chez les eucaryotes
- Régulation génomique:
– Amplification, délétion,
réarrangements de l’ADN
(rare)
– Méthylation de l’ADN
– Condensation et
décondensation de la
chromatine
– Modifications des histones
(méthylation, acétylation,
etc.)
– ARN non codant
- Régulation génomique:
- Régulation transcriptionnelle:
– Transcription et facteurs de
transcription régulateurs
- Régulation transcriptionnelle:
- Régulation post-transcriptionnelle
– Épissage du pré-ARN et autres
modifications
– Exportation de l’ARNm du noyau au
cytoplasme
- Régulation post-transcriptionnelle
- Régulation traductionnelle:
– Dégradation des ARNm (facteur de
dégradation, microARN)
– Traduction des ARNm en protéines
(facteurs d’initiation, microARN)
- Régulation traductionnelle:
- Régulation post-traductionnelle au
niveau de la protéine:
– Modification (phosphorylation,
acétylation, etc.)
– Clivage du polypeptide
– Importation à des organites (noyau)
– Repliement et assemblage des
polypeptides
– Dégradation des protéines
- Régulation post-traductionnelle au
Pourquoi Les eucaryotes multicellulaires sont composés
de plusieurs types cellulaires différenciés.
– Cellules différenciées produites à partir de cellules
non-spécialisées et immatures (cellules souches):
différenciation cellulaire
– L’embryon précoce produit toutes les cellules
formant l’organisme.
* Le devenir des cellules se restreint durant le
développement.
Dire les 2 conclusions sur le fait que les cellules d’un organisme multicellulaire contiennent le même nombre de gènes.
Conclusion 1: le noyau de cellules
différenciées contient tous les
gènes menant à la création d’un
organisme du même type: noyau
totipotent.
Conclusion 2: La différenciation
d’une cellule n’est pas irréversible.
Dire l’expérience qui as pu déterminer que les cellules d’un organisme
multicellulaire contiennent le même nombre de gènes.
Transplantation nucléaire d’un
noyau de cellules différenciées dans
des œufs non-fertilisés sans noyau:
clonage
* Grenouille Xenopus (cellule
intestinale) (1964)
* Premier mammifère cloné
d’une cellule adulte (Dolly,
cellule de glande mammaire)
(1997)
Décrit ce qu’est une cellule souche
– Capacité de se diviser continuellement
(renouvellement) et de produire des
cellules progénitrices se différenciant en
quelques types cellulaires (cellules
multipotentes) ou en tous les types
cellulaires (cellules souches
embryonnaires (ES) pluripotentes)
– Cellules souches embryonnaires (ES):
* Les cellules ES sont dérivées du
blastocyste.
* Les cellules ES peuvent être
maintenues en culture.
* Les cellules ES peuvent se
différencier en culture.
* Chez la souris, les cellules ES peuvent
être modifiées génétiquement en
culture et être utilisées pour générer
des souris modifiées.
– Cellules souches pluripotentes induites
(iPS) (2006):
* Réversion de cellules différenciées en
cellules pluripotentes par expression
de 4 facteurs de transcription (Oct4,
Klf4, c-Myc, Sox2)
Quel est le but (2) sur le fait de modifier à volonté le génome de la
souris et de plusieurs organismes modèles
– Développement de modèles d’étude
des fonctions des protéines
– Développement de modèles pour les
maladies humaines
Comment se fait Production de souris transgéniques:
– Surexpression d’un gène dans un
tissu donné
– Production de souris mutées pour
un gène (knockout ou knockin) dans
un tissu donné
* Modifications du gène dans des
cellules ES (recombinaison
homologue)
* Injection des cellules modifiées
dans un blastocyste de souris,
production de chimères
* Croisement et obtention de
souris génétiquement modifiées
Le génome peut être altéré par amplification,
délétion ou réarrangements de l’ADN. Explique les
1) Altération du génome par amplification et délétion
– Amplification:
* Augmentation de 4000 fois des 500 copies des
gènes encodant les ARNr 5.8S, 18S et 28S durant
l’ovogénèse de Xenopus
– Délétion:
* Élimination du noyau cellulaire des globules rouges
2) Altération du génome par réarrangement de l’ADN
– Réarrangement des gènes encodant les anticorps dans les lymphocytes B
* Délétion de régions d’ADN
Explique comment La décondensation de la chromatine est impliquée dans le contrôle génomique.
1) L’ADN est sous forme de chromatine
(nucléosomes) dans la cellule.
– La chromatine a un effet répresseur
sur l’expression des gènes.
2) La chromatine décondensée est associée
à l’expression des gènes.
– Dans les cellules de mammifères, la
chromatine décondensée est
caractérisée par:
* Dégradation accrue de la
chromatine
transcriptionnellement active
par la DNase I
* Présence de sites
hypersensibles à la DNase I
* Absence de l’histone H1
* Contenu en protéines « high- mobility group » (HMG, protéines non-histones)
augmenté
Explique en quoi consiste La méthylation de l’ADN qui est une modification épigénétique.
- La méthylation de l’ADN est associée
à la répression de l’expression des
gènes. - La méthylation de l’ADN est un
changement épigénétique, une
altération stable dans l’expression
des gènes qui peut être transmise
d’une génération cellulaire à l’autre
sans changement dans la séquence
de bases, qui peut être réversible, et
qui peut être modifiée par
l’environnement.
– Le nt C en amont du nt G dans le
dinucléotide CpG est méthylé
par des méthyltransférases (de
maintien ou de novo, Dnmt) et
déméthylé par des
déméthylases (Tet).
Explique comment La méthylation de l’ADN inactive la transcription par deux mécanismes principaux.
– Les CpG tendent à être
regroupés dans la région 5’
régulatrice des gènes, les
promoteurs (ilots CpG).
– La méthylation peut inhiber la
liaison de facteurs de
transcription régulateurs.
– La méthylation peut servir de
sites de liaison de protéines
condensant la chromatine.
* Liaison d’une protéine
MeCP2 au méthyl CpG
* MeCP2 reconnu par des
histones désacétylases et
méthyltransférases, et qui
mènent à une compaction
de la chromatine
(hétérochromatine)
Donne 3 exemples de régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN
- Inactivation du
chromosome X chez les
femelles
* Inactivation au hasard d’un
des deux chromosomes X
chez les femelles
* Expression d’un ARN non- codant (Xist)
* Recrutement de protéines
modifiant la chromatine
* Méthylation et compaction
en hétérochromatine
(corps de Barr).
* Modification du même
chromosome transmise
d’une génération cellulaire
à l’autre
– 2. Méthylation différentielle de promoteurs selon leur
activité
* Ilot CpG dans le promoteur de la globine
– Non méthylé dans les globules rouges
– Méthylé dans les autres tissus
– 3. Empreinte génomique parentale
– Répression stable tout au long de la vie d’un individu d’un seul allèle de
certains gènes selon son origine parentale
– Résulte de modifications de patrons de méthylation, appelées « marques
d’empreinte », dans des séquences spécifiques appelées « centres
d’empreinte »
ATTENTION: L’environnement peut affecter les patrons de
méthylation.
Explique le code d’histone
Des modifications d’histones agissent sur
l’empaquetage de la chromatine
- Des combinaisons différentes
de modifications post- traductionnelles des queues
N-terminales des histones
forment un « code histone »
qui est reconnu par d’autres
protéines pour modifier la
structure de la chromatine et
l’activité des gènes. - Ces combinaisons de
modifications sur les histones
entraînent des effets
transcriptionnels différents.
Donne les types de modification selon les acide aminé du code d’histone et d’enzymes qui participent au code d’histone
- Types de modifications:
– Lysines: acétylation, méthylation,
ubiquitination, etc.
– Arginines: méthylation
– Sérines: phosphorylation - Enzymes impliquées:
– Acétylation/désacétylation:
histone acétyltransférases
(HAT)/histone désacétylases
(HDAC)
– Méthylation/déméthylation:
histone méthyltransférases (HMT)/
histone déméthylases (HDM)
(mono-, di-, ou tri-méthylation)
– Phosphorylation/déphosphorylatio
n: kinases/phosphatases
Quelles sont Les protéines impliquées dans les modifictions d’histone et dit ce qu’elle font
- Writer: Enzyme qui ajoute une modification
acétyl, méthyl ou autre aux histones (HAT, HMT,
etc.) - Eraser: Enzyme qui enlève une modification
acétyl, méthyl ou autre aux histones (HDAC,
HDM, etc.) - Reader: Protéine qui reconnaît une ou des
modifications d’histones (domaine de
reconnaissance: bromodomaine,
chromodomaine)
À quoi sert l’acétylation d’histones
L’acétylation des histones favorise l’expression des gènes en affectant
l’empaquetage de la chromatine.
HAT (writer), HDAC (eraser) et protéines à bromodomaine (reader)
Explique le processus d’acétylation et de désacétylation d’histones
- Acétylation des histones:
– L’acétylation par les HAT promeut la
décondensation de la chromatine et
favorise l’expression des gènes (peut
affecter la charge des histones et la liaison
à l’ADN) ET.
– Les lysines acétylées peuvent être
reconnues par des protéines modifiant la
chromatine (HAT et protéines remodelant
la chromatine contenant un
bromodomaine).
– Les complexes HAT sont recrutés par des
facteurs de transcription régulateurs liant
l’ADN. - Désacétylation des histones:
– La désacétylation par les HDAC promeut la
condensation de la chromatine et réprime
l’expression des gènes.
– Les HDAC font partie de complexes
protéiques recrutés par des facteurs de
transcription régulateurs liant l’ADN.
À quoi sert la méthylation d’histones
La méthylation des histones active ou inhibe l’expression des gènes en affectant l’empaquetage de la chromatine. HMT (writer), HDM (eraser) et protéines à chromodomaine (reader)
Explique le processus des 3 methylation a des H3
– La méthylation de la lysine 9 de
l’histone H3 (H3K9) est associée à
une répression transcriptionnelle. La
marque H3K9méthyl est reconnue
par le chromodomaine de la protéine
HP1 qui forme l’hétérochromatine.
– La méthylation de H3K4 est associée
à l’activation transcriptionnelle. H3K4 est méthylée par des protéines
de la famille trithorax, des activateurs
globaux.
– La méthylation de H3K27 est
associée à une répression
transcriptionnelle. H3K27 est
méthylée par des protéines de la
famille polycomb, des répresseurs
globaux (EZHM2). La marque
H3K27méthyl peut recruter des
enzymes qui méthylent l’ADN.
– Les lysines peuvent porter un, deux
ou trois groupements méthyl.
Explique ce que font Des complexes protéiques de remodelage
1) Des complexes protéiques peuvent
altérer la position des
nucléosomes sur l’ADN.
– Protéines de remodelage de la
chromatine de la famille
SWI/SNF
* Ont besoin d’énergie (ATP)
* Font glisser les
nucléosomes, ou les
éjectent, ou remplacent les
histones par d’autres types
d’histones
* Peuvent lier les régions
acétylées des histones (par
un domaine de
reconnaissance comme un
bromodomaine)
À quoi servent Des facteurs de transcription régulateurs
Facteurs de transcription
régulateurs lient l’ADN
A) – Recrutent des complexes
de remodelage de la
chromatine
* Qui exposent l’ADN
B)– Et/ou recrutent des co-
activateurs
- Qui modifient des
histones
– Plateforme pour
des “reader”
Explique Contrôle transcriptionnel
Comment mesure-t-on l’expression des gènes?
- Facteurs de transcription
régulateurs et
chromatine: responsable
de la transcription
différentielle des gènes - Expression des gènes
mesurée par:
– Northern blot
– RT-PCR en temps réel ou
semi-quantitatif
– Micropuces d’ADN
– Séquençage à haut débit
(RNA-Seq)
Explique Quels sont les éléments de contrôle de la transcription dans
l’ADN?
- Éléments de contrôle de
la transcription dans
l’ADN:
– Promoteur de base,
facteurs de transcription
généraux, ARN
polymérase II et niveaux
d’expression de base
– Éléments de contrôle
proximaux formés de
courtes séquences d’ADN
liant des facteurs de
transcription régulateurs
dont l’identité varie d’un
gène à l’autre
Explique Quels sont les éléments de contrôle de la transcription dans l’ADN?
- Éléments de contrôle de la
transcription dans l’ADN:
– Amplificateurs (enhancers)
formés de plusieurs courtes
séquences d’ADN
rapprochées liant des
facteurs de transcription
régulateurs dont l’action est
indépendante de la position
et de l’orientation, et dont
l’identité change ou non d’un
enhancer à l’autre
– Silencer (inhibe la
transcription) et insulateur
(restreint l’utilisation des
amplificateurs et silencers)
Dans le Contrôle transcriptionnel
Donne les Trois rôles des facteurs de transcription régulateurs
– Augmentent ou diminuent l’initiation de transcription en
recrutant et stabilisant les composants du complexe
transcriptionnel (facteurs de transcription généraux, ARN
polymérase)
– Recrutent des coactivateurs (ou corépresseurs) qui
remodèlent la chromatine ou qui modifient les histones,
menant à des altérations de la structure de la chromatine
(acétylation (désacétylation), méthylation (déméthylation),
remodelage de la chromatine)
– Recrutent un complexe appelé Médiateur, un coactivateur qui sert de pont entre les facteurs de transcription régulateurs liés à des amplificateurs et le
complexe transcriptionnel
Pourquoi Les facteurs de transcription régulateurs agissent en combinaison.
- ARN polymérase II et facteurs
de transcription généraux:
ubiquitaires - Facteurs de transcription
régulateurs: ubiquitaires ou
tissu-spécifiques - Le modèle combinatoire
prévoit que l’expression des
gènes dépend d’une
combinaison de facteurs de
transcription régulateurs
ubiquitaires et tissu- spécifiques, liant de multiples
éléments de contrôle dans
l’ADN qui varient d’un gène à
l’autre.
Dans le Contrôle transcriptionnel
Comment un amplificateur peut-il affecter l’expression d’un gène à distance?
Modèle d’action d’un amplificateur
– Des facteurs de transcription
régulateurs lient la séquence
d’ADN de l’amplificateur.
– Cette liaison entraîne la
formation d’une boucle dans
l’ADN qui rapproche
l’amplificateur du promoteur.
– Les facteurs de transcription
régulateurs interagissent avec
des coactivateurs qui modifient
les histones (HAT) ou remodèlent
la chromatine (SWI/SNF).
– Les facteurs de transcription
régulateurs lient le complexe
médiateur qui stabilise le
complexe transcriptionnel
(facteurs de transcription
généraux, ARN polymérase II) au
promoteur.
Dans le Contrôle transcriptionnel
Explique le fait que Les facteurs de transcription régulateurs sont composés de deux domaines protéiques principaux.
- Les facteurs de transcription régulateurs sont
composés de deux domaines principaux:
– Domaine de liaison à l’ADN (structuré)
– Domaine de régulation transcriptionnelle ou
d’activation impliqué dans des interactions protéine- protéine (peu structuré, riche en acides aminés
acides, en proline, en glutamine) - Les récepteurs stéroïdiens possèdent un
troisième domaine, un domaine de liaison aux
ligands hormonaux (exemple: récepteur des
glucocorticoïdes et cortisol).
Dans le Contrôle transcriptionnel
Explique le fait que Les facteurs de transcription régulateurs lient des séquences spécifiques dans l’ADN à l’aide de différents motifs protéiques.
- Les facteurs de
transcription régulateurs
sont divisés en classes
selon les motifs de
liaison à l’ADN:
– Motif hélice-tour-hélice
(répresseur lac et trp,
gènes homéotiques Hox)
– Motif doigt de zinc (TFIIIA,
récepteurs stéroïdiens)
– Motif leucine zipper (AP-1,
C/EBP)
– Motif hélice-boucle-hélice
(MyoD)
Dans le Contrôle transcriptionnel
Explique les Modifications post-traductionnelles et trois effets sur les fonctions des facteurs de transcription régulateurs
- Régulation post-traductionnelle des facteurs
de transcription par phosphorylation avec
des kinases (sur sérine, thréonine ou
tyrosine):
– Augmente ou diminue la capacité de lier l’ADN
– Augmente ou diminue la capacité d’activation ou de répression (modifie les interactions protéines-protéines)
– Modifie la localisation (cytoplasme vs noyau)
À quoi servent Récepteur des glucocorticoïdes (GR)
Régulation de la transcription par un ligand *
Décrit ce qu’est Récepteur des glucocorticoïdes (GR)
- GR: récepteur stéroïdien avec deux doigts de zinc (liaison à l’ADN), un domaine de
transactivation et un domaine de liaison au
ligand (cortisol) - GR lie une séquence d’ADN (élément de
réponse aux glucocorticoïdes (GRE)) avec une répétition inversée (facteur de transcription
régulateur).
Décrit le mécanisme d’activation et de répression des GR
- Mécanisme d’activation:
– GR cytosolique lié à des protéines
chaperon Hsp
– Liaison de cortisol à GR et relâchement des
protéines Hsp
– Translocation au noyau et liaison à une
séquence GRE sous forme de dimères
– Recrutement de coactivateurs (300/CBP
(HAT)) - Mécanisme de répression:
– GR lié à cortisol lie un élément de réponse
inhibiteur sous forme de monomère
– GR recrute des corépresseurs (HDAC).
– GR trans-réprime d’autres facteurs de
transcription pro-inflammatoires.
À quoi servent les Facteur de transcription régulateur CREB
Régulation de la transcription par phosphorylation
Explique ce qu’est un CREB
- CREB (cyclic AMP response element
binding protein) est un facteur de
transcription régulateur formant des
dimères grâce à un domaine leucine
zipper. - CREB lie un élément de réponse à
l’AMPc (CRE).
Dit le mécanisme des CREB
- Mécanisme:
– Suite à un signal, production
d’AMPc et activation de la
protéine kinase A
– Translocation de la protéine kinase
A au noyau
– Phosphorylation de CREB présent
sur le site CRE dans la chromatine
sur sérine 133
– Recrutement du coactivateur CBP
(CREB-binding protein), une HAT
qui acétyle les histones
À quoi servent Facteur de transcription régulateur STAT3
Régulation par la localisation
Dit le mécanisme des STAT3
- Mécanisme:
– Liaison de la cytokine IL-6 à un récepteur
– Dimérisation du récepteur et activation de la kinase
JAK à la membrane
– Phosphorylation de STAT3 sur tyrosine, dimérisation
de STAT3 par un domaine SH2, translocation au noyau
– Liaison à un élément de réponse à STAT3, et
recrutement de coactivateurs
– Expression de gènes cibles (Myc, CyclinD1, Bcl-xL,
gènes inflammatoires, etc.)
À quoi sert le Facteur de transcription régulateur NF-κB
Régulation par la localisation
Décrit Facteur de transcription régulateur NF-κB
- NF-κB est un dimère composé entre autres de RelA et p50.
- NF-κB est associé à IκB (inhibitor κB) dans le cytoplasme.
Dit mécanisme Facteur de transcription régulateur NF-κB
- Mécanisme:
– Liaison de la cytokine IL-1 à un récepteur
– Dimérisation du récepteur et activation de l’activité kinase du
récepteur
– Activation du complexe de phosphorylation de contenant la kinase IKK
– Phosphorylation de IκB sur sérine, et dégradation de IkB phosphorylé
par le protéasome
– Libération de NF-κB et translocation au noyau
– Liaison à un site de réponse de NF-κB, et recrutement de
coactivateurs
– Expression de gènes cibles (Myc, CyclinD1, Bcl-xL, gènes
inflammatoires, etc.)
Décrit Contrôle post-transcriptionnel
- Régulation des niveaux de traduction par les facteurs
d’initiation: exemple du contrôle de la synthèse de la
globine.
– La globine est exprimée par les érythrocytes.
– La synthèse de la globine dépend de la présence d’hème
qui s’attache à la globine pour former l’hémoglobine.
– L’hème inactive une kinase (heme-controlled inhibitor,
HCI) (surplus d’hème par rapport à la globine).
– En absence d’hème, la kinase active phosphoryle le facteur
d’initiation de traduction eIF2 (surplus de globine par
rapport à l’hème).
– La traduction globale est alors inhibée (surtout un effet sur
la globine qui compte pour 90% des protéines produites).
Dans le Contrôle post-transcriptionnel, décrit la
Régulation de la traduction
- Contrôle de la traduction par des
répresseurs traductionnels: exemple
du contrôle de la réponse au fer
– En présence de fer, des
concentrations élevées de
ferritine, une protéine
emmagasinant le fer, sont
nécessaires.
– L’ARNm de la ferritine contient un
élément de réponse au fer de 28 nt
dans la région 5’ non-traduite
formant une structure tige-boucle.
– À faible concentration de fer, une
protéine (IREBP) lie l’IRE, et
empêche l’initiation de la
traduction.
– En présence de fer, IREBP lie le fer,
est incapable de lier IRE, et l’ARNm
de la ferritine est traduit.
Dans le Contrôle post-transcriptionnel, décrit
Régulation de la stabilité des ARNm
- Régulation de la traduction par la
dégradation de l’ARNm: exemple
du contrôle de la réponse au fer
– Quand le fer est peu abondant, des
concentrations élevées du
récepteur transferrine, qui
transportent le fer, sont
nécessaires.
– L’ARNm de la transferrine contient
un élément de réponse au fer dans
la région 3’ non-traduite formant
une structure tige-boucle.
– À faible concentration de fer, une
protéine (IREBP) lie l’IRE, et
protège l’ARNm de la dégradation.
– En présence de fer, IREBP lie le fer,
est incapable de lier l’IRE, et
l’ARNm de la transferrine est
dégradé.
Dans le Contrôle post-transcriptionnel, décrit
microARN, stabilité de l’ARNm et traduction
- Contrôle de l’expression des ARNm par les
microARN.
– Gènes (près de 1000 chez les eucaryotes)
habituellement transcrits par l’ARN
polymérase II
– Contrôlent l’expression des ARNm
– Près de la moitié des gènes seraient régulés
par des miARN.
Décrit mécanisme Contrôle post-transcriptionnel
microARN, stabilité de l’ARNm et traduction
– Mécanisme:
* Transcription du miARN en pri-miARN
avec tige-boucle
* Clivage du pri-miARN en pre-miARN (70
nt) par Drosha dans le noyau
* Transport dans le cytoplasme et clivage
du pre-miARN en miARN (21-22 nt) par
Dicer
* Liaison au complexe RISC pour former
miRISC
* Interactions entre miRISC et l’ARNm
* Dégradation de l’ARNm (si
parfaitement complémentaire) ou
inhibition de la traduction (si
partiellement complémentaire) par un
pour plusieurs miARN
Dans le Contrôle post-transcriptionnel, décrit
Ubiquitination et stabilité des protéines
- Les niveaux de plusieurs protéines, comme les
facteurs de transcription et les cyclines, sont
contrôlés au niveau de leur dégradation par le
protéasome. - Contrôle de la dégradation des protéines par
ubiquitination
Donne le mécanisme du Contrôle post-transcriptionnel
Ubiquitination et stabilité des protéines
- Mécanisme:
- Activation de l’ubiquitine, une petite
chaine de 76 acides aminés, en
s’attachant à une enzyme activant
l’ubiquitine (E1) (ATP-dépendant) - Transfert de l’ubiquitine activée à
l’enzyme conjuguant l’ubiquitine (E2) - Liaison, à l’aide de l’ubiquitine ligase
(E3) à un résidu lysine de la protéine
à dégrader - Addition d’autres molécules
d’ubiquitine - Reconnaissance des chaines
d’ubiquitine par le protéasome, et
dégradation
