Chapitre 18: régulation génétique procaryotes

Question 1

Pourquoi est-ce que la régulation génétique est importante?

Answer 1

Parce que pas tous les gènes ne sont exprimés en même temps, partout. Les neurones et les muscles, p.ex, ont le même génome, mais pas la même expression.

Question 2

À quel moment la régulation se déroule-t-elle le plus fréquemment et pourquoi?

Answer 2

Pendant l’initiation de la transcription.

Parce qu’il est moins intéressant énergétiquement de produire un ARNm complet pour ensuite en enlever des parties.

Question 3

Quels sont les 2 types de séquences d’ADN bactérien contrôlant la transcription et à quel type de régulateur sont-ils reliés?

Answer 3

1. Site opérateur (très souvent, il chevauche sur le promoteur) lie un répresseur
2. Site en amont du promoteur lie l’activateur

Question 4

Quels sont les différents types de régulation?

Answer 4

1. Par recrutement

2. Par allostérie

Question 5

Que se passe-t-il si le répresseur ET l’activateur sont présents?

Answer 5

Le répresseur l’emporte: la transcription est empêchée.

Question 6

Que se passe-t-il sans la présence d’un activateur?

Answer 6

La transcription est à son niveau de base (expression basale).
On dit que l’expression est constitutive ce qui signifie qu’elle est tout de même présente, malgré tout.

Question 7

Quels sont les 2 positionnements possibles entre activateur et autre site de liaison?

Answer 7

1. Adjacents
   - les 2 sites d’activateurs (ou activateur+ARN pol) sont côte à côte
   - interaction directe
2. Éloignés
   - ils sont à distance et recquièrent une courbature de l’ADN assistée ou non par prots

Question 8

Quels composés peuvent faciliter la courbature de l’ADN?

Answer 8

Les protéines architecturales (bending protein).

Si la courbure formée est favorable (facilite alors contact à distance) ou défavorable (inverse)

Question 9

Expliquer l’activation par recrutement.

Answer 9

Quand l’activateur permet le recrutement de l’ARN pol au promoteur.

• 1 ou plusieurs activateurs se lient à ARN pol
• chez les eucaryotes: très souvent c’est plusieurs

Question 10

Expliquer l’activation par allostérie.

Answer 10

Quand l’activateur active transcription en modifiant conformation de l’ARN pol ou de l’ADN au site promoteur.

Par exemple:
elle facilite l’isomération spontanée + elle régule fonction des régulateurs comme CAP qui doit être modifiée par AMPc pour se lier au site activateur

Question 11

Qu’est-ce qu’un opéron et où est-il présent?

Answer 11

Gènes qui se succèdent (>2) précédés par UNE séquence régulatrice commune (régulant leur expression).

Il est très fréquent chez les procaryotes (bactéries).

Question 12

Quel est le résultat d’un opéron?

Answer 12

Un seul ARNm polycistronique contenant plusieurs gènes.

Seulement présent chez les bactéries.

Question 13

Qu’est-ce que l’opéron lactose chez les bactéries?

Answer 13

Opéron codant pour les gènes:
lacZ, lacY et lacA
soit pour métaboliser le lactose.

Question 14

Quelles sont les fonctions des gènes lacZ et lacY?

Answer 14

lacZ code pour beta-galactosidase (enzyme qui clive lactose en galactose et glucose)

lacY code pour perméase pour lactose (prot de transport membranaire pour lactose, de l’extérieur vers le cytoplasme)

lacA fonction inconnue

Question 15

Qu’est-ce que le gène LacI?

Answer 15

Gène ne faisant pas partie de l’opéron lactose et qui encode pour une protéine répresseur.
Ce gène code toujours en abscence de lactose.
LacI se lie sous forme de dimère.

Question 16

Que se passe-t-il en présence et absence de lactose?

Answer 16

Le lactose produit de l’allolactose qui est l’inducteur de l’opéron lactose.

En présence:
L’allolactose se lie au répresseur (à son domaine d’activation) et change sa conformation (modification par allostérie), le rendant inactif et incapable de se lier l’opérateur.

En absence:
Répression de la transcription par forme d’encombrement stérique (empêche ARN pol de se lier)

Question 17

Que se passe-t-il en présence de glucose?

Answer 17

Sucre préféré des bactéries. S’il est présent, les bactéries font de la répression catabolique à l’opéron lactose.

Fonctionnement:
Il empêche la transformation d’ATP en AMPc -> CAP ne peut pas se lier au site activateur -> opéron pas transcrit efficacement

Question 18

Que se passe-t-il en absence de glucose?

Answer 18

Les niveaux d’AMPc (cyclique, est comme un signal de fin pour la cellule) sont élevés.

Fonctionnement:
Elles se lient aux protéines CAP (modification par allostérie) -> peuvent donc maintenant se lier au site activateur et recruter ARN pol

Question 19

Décrire la transcription en présence de glucose ET de lactose.

Answer 19

Pas d’activateurs liés, répresseur non plus

Niveau basal.

Question 20

Décrire la transcription en absence de glucose et présence de lactose.

Answer 20

Activateur lié, pas le répresseur.

Niveau élevé de transcription.

Question 21

Pourquoi y a-t-il quand même de la beta-gal quand il y a de la répression?

Answer 21

La répression n’est jamais complètement à 100%: il y a toujours un peu de beta-gal présente.

Question 22

Vrai ou faux: il y a seul site opérateur.

Answer 22

Faux. Il y a 3 sites opérateurs, mais on prend en compte seulement 1: le primaire.
L’impact: les dimères intéragissent ensemble et forment un tétramère qui courbe l’ADN

Question 23

De quelle manière se fait la liaison de CAP ou du répresseur LacI sur sites régulateurs?

Answer 23

Par motifs hélice-coude-hélice, sous forme de dimères à deux demi-sites de liaison, dans sillon majeur.

Question 24

De quoi est constitué CAP?

Answer 24

Comme la plupart des activateurs de transcription: de 2 domaines.

• 1 domaine de liaison à l’ADN (pour se fixer à sa séquence)
• 1 domaine d’activation interagissant avec d’autres prots (comme alpha-CTD)

Question 25

Quelle est la fonction du domaine de liaison de CAP?

Answer 25

Permettre le recrutement de l’ARN pol au promoteur par contact avec le domaine alpha-CTD.

Question 26

Vrai ou faux: on peut aisément substituer les domaines de CAP.

Answer 26

Vrai. Et c’est ce qui prouve qu’il s’agit bien de recrutement et non d’allostérie. On peut remplacer par d’autres prots.
Cela confirme que le seul rôle de CAP est le recrutement de l’ARN pol.

Question 27

Quels sont donc les 2 types de recrutement fait par CAP-AMPc?

Answer 27

1. Direct

2. Indirect (interactions d’autres protéines): aussi appelé contrôle combinatoire

Question 28

Comment est-ce que CAP se lie à l’ARN pol?

Answer 28

Le domaine alpha-CTD de l’ARN pol reconnaît le domaine de liaison de CAP (remplace l’élément UP pour ARN pol, car n’est pas présent dans opéron lactose)
Cela constitue alors un promoteur fort -> transcription élevée.

Question 29

Que signifie “beta-gal inductible” ?

Answer 29

Qu’elle est produite seulement en présence de lactose et absence de glucose.

Question 30

Vrai ou faux: les facteurs sigma de l’ARN pol sont interchangeables.

Answer 30

Vrai.
Ils peuvent changer selon les changement de conditions du milieu.
À ce moment là, les séquences reconnues comme promoteur sont différentes.

Question 31

Donner un exemple de changement sigma pour E. Coli

Answer 31

Condition: choc thermique

[sigma32] augmente dans la cellule (car protéine plus stable dans ces conditions) ->
remplace graduellement sigma32 dans les ARN pol -> production prots protégeant contre choc thermique

Question 32

Donner un exemple de changement sigma pour bactériophage SP01 de B. subtilis

Answer 32

Injecte son matériel génétique dans bactérie et produit un cycle lytique.
Recquière expression génétique dans un ordre spécifique DONC
gènes précoces: sous-unité sigma bactérienne
gènes intermédiaires: sigma-gp28
gènes tardifs: sigma-gp33/34

Question 33

Expliquer le fonctionnement de l’activateur NtrC (activation par allostérie).

Answer 33

Conditions: milieu pauvre en azote

1. Bactérie induit signal pour phosphoryler activateur NtrC (modification par allostérie comme pour CAP)
2. Se lie à site de liaison sous forme de dimère
3. Son activité ATPase change conformation de l’ARN pol pour favoriser isomérisation

Question 34

Quelle est la différence majeure entre allostérie et recrutement?

Answer 34

Allostérie est très rapide, donc fréquente pour gènes de stress.

Question 35

Expliquer le fonctionnement de l’activateur MerR (activation par allostérie)

Answer 35

Conditions: détoxification du mercure (milieu riche en mercure)

1. régions -10 et -35 sont trop distantes alors pas d’initiation de transcription
2. MerR se fixe à une séquence située entre -35 et -10
3. En présence de mercure, il se fixe à MerR et cause un changement allostérique qui le twist
4. Éléments du promoteur sont maintenant rapprochés et deviennent favorables pour isomérisation (promoteur fort)

Question 36

Expliquer le fonctionnement de l’opéron AraBD.

Answer 36

Gènes: AraA, B, et D

• conditions: présence d’arabinose, absence de glucose
• 2 activateurs travaillent ensemble: Ara C et CAP

Asbence d’arabinose:
AraC change de conformation -> courbe ADN -> réprime transcription

Question 37

Quels sont donc les 3 moyens de répression?

Answer 37

1. Encombrement stérique (site opérateur sur promoteur empêche ARN pol de se fixer)
2. Par allostérie (se fixe à un site adjacent au promoteur et interagit avec ARN pol fixée)
3. Interférence avec un activateur