Ch 15: Régulation des gènes eucaryotes Flashcards
Les facteurs de transcription
Les facteurs de transcription sont des protéines qui influencent l’habilité de l’ARN polymérase pour transcrire un gène.
Il y a 2 types principaux
Les facteurs de transcription généraux
- Requis pour la liaison de l’ARN polymérase au cœur du promoteur et sa progression à l’étape d’élongation
- Sont nécessaires pour la transcription de base
Les facteurs de régulation de la transcription
- Servent à réguler le taux de transcription du gène cible
- ,mIls influencent l’habilité de l’ARN polymérase pour commencer la transcription d’un gène particulier
2-3% des gènes humains codent pour des facteurs de transcription
Les facteurs de régulation de la transcription
Les facteurs de régulation de la transcription reconnaissent les éléments de régulation cis localisé près du cœur du promoteur
- Ces séquences sont connus comme les éléments de contrôle éléments de régulation ou séquences de régulation
- Ils sont analogues du site d’opérateur qui est retrouvé près des promoteurs des bact
Les facteurs de transcription
La liaison des facteurs de transcription pour contrôler les éléments affecte la transcription d’un gène associé.
- Une protéine régulatrice qui augmente le taux de transcription est appelé activateur
- -La séquence qu’elle lie est appelé augmenteur (enhancer)
-Une prot qui diminue le taux de transcription est appelé répresseur
–La séquence à laquelle elle se lie s’appelle silenceur (silencer)
fig 15.1
contrôle combiné
La plupart des gènes eucaryotes sont régulés par plusieurs facteurs : contrôle combiné
Les facteurs communs qui contribuent à ce type de contrôle sont:
- Une ou plusieurs prots activatrices qui stimulent la transcription
- Une ou plusieurs prots répresseurs peuvent inhiber la transcription
- Activateurs et répresseurs peuvent être modulés par:
- -La liaison de petites molec effectrices
- -Intéraction protéine-protéine
- -Modifications covalentes
Les protéines régulatrices peuvent altérer les nucléosomes près du promoteur.
La méthylation de l’ADN pourrait inhiber la transcription
- Prévient la liaison d’une protéine activatrice
- Le recrutement des protéines qui compactent la chromatine.
Plusieurs combinaisons de ces facteurs peuvent contribuer à la régulation d’un seul gène.
Structure des facteurs de régulation de la transcription
Les facteurs de transcription contiennent des régions appelées domaines qui ont des fonctions spécifiques.
- Un domaine pourrait être la liaison de l’ADN
- Un autre pourrait être un site de liaison pour les molécules effectrices
Un motif est un domaine, ou une portion de domaine, qui a une structure très similaire dans différentes protéines
Figure 15.2 montre différents domaines trouvés dans les protéines des facteurs de transcription
Les gènes qui codent pour les facteurs de régulation de la transcription ont été identifiés et séquencés à partir de plusieurs espèces eucaryotes, incluant les levures, plantes et animaux.
-Plusieurs familles différentes de FT reliés évolutionnairement
La figure 15-2: montre différentes structure et domaines trouvés dans les protéines des facteurs de transcription.
-La structure secondaire des protéines «hélice a» est fréquemment trouvée dans les facteurs de transcription
Pourquoi?
Augmenteurs et Silenceurs
La liaison des facteurs de transcription à un augmenteur augmente le taux de transcription
-Cette up-régulation peut être de 10 à 1,000-fois
La liaison des facteurs de transcription à un silenceur diminue le taux de transcription
-Down-régulation
Plusieurs éléments sont indépendants de l’orientation ou bidirectionnels (peuvent se lié sur les deux brins?)
-Ils peuvent fonctionner dans un sens comme un autre
La plupart des éléments sont localisés dans quelques centaines de nucléotides (≈200pb) en avant du cœur du promoteur.
Cependant, certains sont trouvés dans différents autres sites.
Certains peuvent êtres très loin jusqu’à 10000pb plus loin et exercent quand même un fort effet sur l’habilité de l’ARN polymérase pour initier la transcription au Cœur du promoteur en aval et même à l’intérieur des introns.
TFIID et Médiateur
La plupart des facteurs de transcriptions ne se lient pas directement à l’ARN polymérase.
Certains facteurs de régulation de la transcription se lient aux éléments de régulation et influencent la fonction du TFIID.
Trois interactions communes
1- TFIID-direct (via des activateurs) ou à travers des co-activateurs
2- Médiateur
3- Recructement des prots qui affectent la composition du nucléosome
Figure 15.3, 15.4, 15.5
Régulation de la fonction des facteurs de transcription (FT)
Il existe 3 façons de réguler la fonction des FT
- liaison à une petite molécule effectrice
Ex) Stéroïdes - Interaction protéine-protéine
Ex) Stéroïdes et CREB (cAMP Response Element Binding Protein) - Modifications covalentes
Ex) CREB
Figure 15.5
Les récepteurs de stéroïdes
Ce sont des facteurs de régulation de la transcription
Les stéroïdes sont synthétisés par les cellules endocrines
- Stéroïdes circulent dans le sang
- Pénètrent dans les cellules
- Se lient aux récepteurs et activent ces derniers (fig 15.6)
Les cellules répondent aux stéroïdes de différentes façons.
- Glucocorticoïdes
- -Effet sur le métab de plusieurs types de cellules- –Synt de glucose, métab de gras et de nutriments, dégradation de prots
- Gonadocorticoïdes
- -Oestrogène et testostéone
- -Effet sur la croissance et la fonction des gonades
Fig.15-6 : action des hormones glucocorticoides.
facile de suivre un hormone lipophile- peut traverser les membs
Protéines CREB (cAMP Response Element Binding protein)
C’est un autre facteur de régulation de la transcription
Les protéines CREB sont activées en réponse à une molécule de signalisation qui cause une augmentation de la concentration cytoplasmique de l’AMPc (adénosine monophosphate cyclique)
-La protéine CREB reconnaît un élément avec une séquence consensus 5’-TGACGTCA-3’
–Elle a été appelée élémenyt de réponse à l’AMPc (cAMP response element CRE)
fig 15.7
Le remodelage de la chromatine et des histones
Le remodelage de la chromatine ATP-dépendant réfère aux changements dynamiques dans la structure de la chromatine
Ces changements vont de un à quelques nucléosomes à des changements de grande ampleur.
Plusieurs multiprotéines interviennent dans le repositionnement et la restructure des nucléosomes
-La structure tridimensionnelle de la chromatine est un paramètre important qui affecte l’expression des gènes. (moins accessible ou plus accessible (hétérochromatine/euchomatine))
Le remodelage de la chromatine et des histones - La chromatine est une structure dynamique qui peut s’alterner entre 2 conformations:
La chromatine est une structure dynamique qui peut s’alterner entre 2 conformations:
- Conformation Fermée
- -Chromatine très empaquetée
- –Transcription difficile voir impossible
- Conformation ouverte
- -Chromatine accessible aux facteurs de transcription
- –Transcription peut avoir lieu
Les nucléosomes peuvent changer de position dans les cellules qui normalement expriment un gène particulier comparé aux cellules où le gène est inactif.
Par exemple le gène de la -globine:Une altération dans le positionnement de nucléosome qui a lieu dans la région du promoteur entre les nucléotides -500 à +200 est une importante étape dans l’activation du gène
Il a été démontré que l’un des rôles des activateurs de transcription est d’orchestrer les changements dans la structure de la chromatine
-conformation fermée –>conformation ouverte
Une des voies pour changer la structure de la chromatine est à travers le remodelage ATP-dépendent de la chromatine
Remodelage de la chromatine ATP-dépendent
L’énergie de l’ATP est utilisée pour altérer la struct des nucléosomes et ainsi rendre l’ADN plus accessible
Tous les complexes de remodelage ont une sous-u ATPase catalytique qui est similaire à d’autres protéines appelées ADN translocase qui bougent le long de l’ADN
La figure 15.8a montre que, le remodelage ATP-dépendant est un changement dans la position du nucléosome
Les histones variantes jouent un rôle spécialisé dans la structure et la fonction de chromatine
Les gènes qui codent pour les 5 histones (H1, H2A, H2B, H3 et H4) sont modérément répétitifs.
Le nombre total de ces gènes varient d’espèces à espèces. Le génome humain contient plus de 70 gènes histones
- La plupart codent pour des histones standards
- QQs uns ont accumulé des mutations qui altèrent la séquence d’AA
- -Ces dernières sont appelés histones variantes
Certaines histones variantes sont incorporées dans des parties des nucléosomes pour créer une chromatine spécialisée
Table 15.1
Le Code Histone contrôle aussi la transcription des gènes
Plus de 50 enzymes ont été identifiées chez les mammifères qui modifient sélectivement la queue amine-terminal des histones.
-acétylation, méthylation et phosphorylation sont communs (Figure 15.9a)
Ces modifications affectent le niveau de transcription
- Peuvent influencer les interactions nucléosomes (15-9b)
- Ont lieu de façon à être reconnus par les protéines
- -Appelées code histone
- -Le modèle de modification produit des sites de liaisons pour les protéines qui spécifient les altération qui doivent avoir lieu sur la structure de la chromatine
- -Ces protéines se lient selon le cide et affectent la transcription
Méthylation d’ADN
Méthylation de l’ADN est un changement dans la structure de la chromatine qui peut silencer l’expression des gènes
Faite par l’enzyme ADN méthyltransfèrase
C’est commun chez certaines espèces eucaryotes
- La levure et la Drosophile ont peu de méthylation de l’ ADN
- Vertébrés et les plantes ont beaucoup de méthylation d’ ADN
- -Chez les mammifères, ~ 2 à 7% de l’ ADN est méthylé
Figure 15.10
Hémiméthylé à cause qu’on hértie un de notre mère et un de notre père
La cellule enlève la méthylation lors de la méthylation après réplication il y a méthylation
Méthylation d’ADN inhibe la transcription
Méthylation de l’ADN habituellement inhibe la transcription des gènes eucaryotes
-Spécialement quand cela arrive à proximité du promoteur
Chez les vertébrés et les plantes, plusieurs gènes contiennent des ilots de CpG (CpG islands) près de leur promoteur.
- Ces ilots CpG font de 1,000 à 2,000 nucléotides de long
- -Contiennent un grand nombre de sites CpG
Chez les gènes housekeeping (gènes structuraux)
- Les ilots de CpG sont non méthylés
- Les gènes tendent à être exprimés dans la plupart des cellules
Dans les gènes qui sont spécifiques à chaque tissu:
- L’expression de ces gènes peut être silencée par méthylation des ilots de CpG
- -La méthylation peut influencer la liaison des facteurs de transcriptions
- -Les protéines de liaison au CpG méthylé peuvent recruter des facteurs qui mènent au compactage de la chromatine
La méthylation peut aussi inhiber la transcription via les protéines connues comme : methyls CpG-binding proteins qui se lient sur les séquences methylées (15-11b).
Ces protéines contiennent un domaine appelé methyl-binding domain qui reconnaît spécifiquement un ilot de CpG méthylé
Une fois liés à l’ADN, la protéine de liaison au methyl CpG, recrute d’autres protéines à la région qui inhibent la transcription. Par ex: les méthyl CpG binding protein peuvent recruter l’histine déacétylase à l’ilot méthyl CpG près du promoteur
-La deacétylation enlève les groupes acétyle des protéines histones, ce qui rend plus difficile pour le nucléosome d’êtres enlevé de l’ADN, de ce fait la déacétylation tend à inhiber la transcription
fig 15.11
La méthylation de l’ADN est Héritable
Les séquences d’ADN méthylé sont héritées durant la division cellulaire
Peut expliquer l’empreinte génomique
- Les gènes spécifiques sont méthylés dans les gamètes de la mère ou du père
- Le modèle d’une copie du gène étant méthylé et l’Autre non est maintenu chez la progéniture
Figure 15.12 illustre un modèle expliquant comment la méthylation est passée de mère à fille
Fig.15-12 : modèle moléculaire qui explique comment la méthylation est héritée (modèle de Riggs, Holliday et Pugh)
L’ADN dans une cellule particulière peut devenir méthylé par de novo methylation: Méthylation d’ADN non méthylé auparavnt
Si l’ADN se réplique, le nouveau brin contient des cytosines non méthylée : ADN hémi-méthylée
Cet ADN hémi méthylé est reconnu par l’ADN méthyltransférase qui la rend complètement méthylé : ce processus est appelé : méthylation maintenance (elle préserve la méthylation dans les cellules futures).
Les insulateurs
Du fait que la régulation des gènes eucaryotes peut arriver sur de longues distances, il est important de limiter la régulation à un gène particulier, mais pas aux gènes voisins.
Les insulateurs sont des ségments d’ADN qui isolent le gène des effets régulateurs des autres gènes
- Certains agissent comme une barrière au remodelage de la chromatine
- D’autres bloquent les effets des activateurs
- -Peut faire cela par le bouclage du chromosome (chromosome looping)
Figure 15.13
