Chapitre 8 - Régulation procaryote Flashcards
Quels sont les types de régulateurs ? Leur fonction?
ACTIVATEUR et RÉPRESSEUR :
* Reconnaissent spécifiquement
des séquences d’ADN.
COMPACTION DE LA CHROMATINE ET ORGANISATION 3D DU GÉNOME:
* Régions en hétérochromatine non
accessibles aux protéines
régulatrices.
* Formation de boucle –> favorise
l’interaction des protéines régulatrices à distance.
Bactérie doit répondre aux conditions changeantes de son environnement
Régulation des gènes pour répondre à ses besoins en fonction de son environnement
ARN RÉGULATEURS :
* Interaction avec ARNm
Permet de répondre aux conditions changeantes de leur environnement.
Différences dans les profils d’expression de l’ARNm entre différents types de cellules cancéreuses humaines :
Quel type est sur-exprimé (vert) et sous-exprimé (rouge)
Facteurs de transcription venant sur des promoteurs venant activé et inhiber la transcription plus haut ou plus bas du niveau bas
Quel est le taux de base de la transcription ? En quoi est-il différent de la transcription avec régulateurs ?
Dépend de la facilité à débuter la transcription.
- Plus proche du consensus –> Plus facile à initier la transcription
Variation autour du consensus
Liaison spécifique au promoteur Facilité d’ouverture
Libération de la polymérase
-Protéines régulatrices : « modulation » du taux de base
Les sigmas sont les facteurs de transcription générale, taux de transcription de base. Selon la force du promoteur, la transcription va être rapide ou non
Ce qui fait varier la force du promoteur, c’est la séquence spécifique (séquence consensus, près ou pas) ce qui affecte l’expression du gène, cependant, reste de la transcription de BASE. Aide un peu, mais pas énormément, comme le ferait des protéines venant interagiravec la pol. Par exemple
Quel est l’organisation du génome procaryote ?
Gènes procaryotes : Généralement organisés en opérons. Transcrits polycistroniques, ils contiennent l’information pour plusieurs protéines
Les opérons ont été décrits pour la première fois par François Jacob et Jacques Monod en 1960, avec la
description de l’opéron lactose.
Un seul promoteur pour réguler l’expression de plusieurs gènes, qui ont généralement une même fonction.
L’activation de la transcription des opérons passe généralement par un site distinct de l’opérateur.
Gène 1
Opérateur : Segment d’ADN sur lequel un signal (molécule ou protéine) ira se lier. –> répression de la transcription de tout l’opéron.
Gènes en opérons. Promoteur dicte la régulation des gènes présents sur le même opérons (seront exprimés en même temps, ou inhibés en même temps.
Promoteur : régions -10 et -35 où se lie sigma et pol. D’autre sites de liaisons existent aussi pouvant faire débuter la transcription
Opérateur : Endroit distinct (pas dans promoteur, à côté) sur lequel va venir se lier un represseur s’il y en a un
Expliquez ce que sont les mécanismes d’action standards
Protéines régulatrices
* Lient l’ADN à des sites spécifiques, généralement à proximité des gènes qu’elles contrôlent.
Activateurs : ↑ taux d’expression
Répresseurs : ↓ ou bloque la transcription.
Répresseur : se lie à l’ADN sur le site opérateur (à l’intérieur du promoteur) et empêche la
liaison de l’ARN pol.
Activateur : se lie à l’ADN et à l’ARN pol, augmentant son affinité pour le
promoteur = recrutement par liaison coopérative.
Interférence avec l’ARN polymérase
Plusieurs mécanismes de régulations. Surtout associé à l’initiation, mais aussi un peu à l’élongation et terminaison. Pk initiation ? Réprimé l’initiation afin que le gènes ne soit pas transcrit dès le début au lieu de faire toutes les démarches, puis le réprimer.
Mécanisme d’action standard : 1- Répresseur se lie sur le site opérateur —>Empêche sigma et pol. De se lier au promoteur. 2- Activateur : Se lie au site de liaison de l’activateur, un peu plus loin —>Permet d’aider la pol. À se lier par tout plein de mécanisme (ex : liaison avec pol. Directement). Liaison dite coopérative. Accélère le processus. Aide à se libérer du promoteur, de passer de complexe fermé à ouvert.
Qu’est-ce que les mécanismes indirects d’allostérie?
Lors de la liaison de l’holoenzyme au promoteur, l’isomérisation devrait être spontanée.
Dans certains cas (promoteurs ou facteurs particuliers), l’ARN pol se positionne au promoteur, mais n’arrive pas à induire la transition vers le complexe ouvert. La liaison d’un activateur actif induit un changement de conformation dans la polymérase qui permet l’initiation de transcription.
Certains de ces activateurs fonctionnent par allostérie et répondent à des contextes
La transcription ne peut commencer que lorsque l’activateur se fixe et induit le changement de conformation de l’ARN polymérase pour ouvrir le complexe.
Allostérie : Dans certains cas, lorsque le promoteur est très faibles, cette transition au complexe ouvert ne peut pas se faire tout seule.
Donnez un exemple bien expliqué d’un mécanisme indirect d’allostérie
Ex. : activateur NtrC et la carence d’azote
La GLUTAMINE SYNTHASE GlnA catalyse la dernière étape de la fixation de l’ammonium (NH4) et est impliquée dans le métabolisme de l’azote.
Son promoteur est reconnu par l’ARNpol-σ54. Il s’agit d’un complexe fermé stable.
Tant que la cellule a assez d’azote, l’ARN polymérase ne bouge pas.
Objectif : La régulation de la transcription de GlnA permet de produire la glutamine synthase que lorsqu’il y a un besoin et assure une meilleure efficacité de l’utilisation d’ATP. L’enzyme permet alors d’augmenter le niveau cytosolique d’azote.
Régulation de la transcription
La ↓ [N] dans la cytosol induit l’activation de l’activité kinase de NtrB et la phosphorylation de NtrC, ainsi que la libération du transporteur du NH4.
NtrC-P se lie à l’ADN en amont du promoteur du gène glnA.
Elle interagit directement avec σ54 et induit un changement allostérique. Ce changement de conformation permet à l’ARN polymérase de passer en complexe ouvert.
La bactérie, dans un milieu riche en azote, en profite pour prendre beaucoup d’azote grâce à enzymes. Le gène de la glutamine A est sous le contrôle du promoteur sigma54., et reste donc au complexe fermé stable
Plus beaucoup d’azote : besoin de la glutamine synthase,
Niveau d’azote faible : NTRC phosphoré par NTRB et devient un activateur. Le site de NTRC-P est loin de sigma54, Forme donc une boucle pour atteindre la polymérase, faisant un changement de conformation de la pol., passant au complexe ouvert. Transcription du gène se fait, pour donner de l’azote. Exemple d’allostérie
Expliquez les mécanismes à distance et donnez un exemple
Besoin de rapprocher physiquement les protéines régulatrices et l’ARN polymérase.
* En repliant l’ADN à l’aide d’une protéine «architecte».
* En interagissant avec d’autres protéines du complexe d’initiation de la transcription
EX. L’activateur NtrC agit à distance : son site de liaison est 150 pb en amont du promoteur basal.
Des activateurs peuvent se lier relativement loin de la pol. Chez les procaryotes, relativement loin, chez eucaryote, TRÈS TRÈS loin possible. Dans ces cas, il y a formation d’une boucle d’ADN, Soit replier ADN par protéine architecte (droite) qui replie l’ADN (n’agit pas avec pol.). OU activateur ou inhibiteurs A et B interagissent ensemble et forme une boucle d’ADN (gauche). But : Rapprocher un activateur, inhibiteur du site de transcription
Expliquez la rétention de la polymérase à l’aide d’un exemple
Certains répresseurs maintiennent l’ARN pol au promoteur plutôt que d’empêcher sa liaison.
Exemple l’opéron gal qui encode les protéines nécessaires pour métaboliser le galactose (un sucre).
En absence du galactose: l’opéron gal est inutile et le répresseur se lie à un site adjacent au promoteur. Lorsque l’ARN pol arrive, le répresseur interagit avec elle et l’empêche de faire la transition vers le complexe ouvert, inhibant la transcription.
En présence du galactose: le répresseur se dissocie de l’ADN et l’ARN pol peut échapper au promoteur. Le galactose est un inducteur.
Rétention de la pol. : inverse de allostérie. Quelque chose empêche la pol. De polymériser. Reste au promoteur, maintenue au promoteur. Ex : l’opérons galactose. Lorsque bactérie a besoin de manger du galactose, elle a besoin d’enzyme pour le métaboliser. Ces gênes sont exprimé uniquement lorsqu’il y a du galactose. En absence de galactose, il y a alors un répresseur qui se lie au niveau de l’opérateur, faisant en sorte que la pol. Peut se lier au promoteur, mais l’inhibiteur empêpeche la pol. De changer sa conformation de fermé à ouvert. Lorsque galactose ; déloger répresseur. Glaactose : inducteur
Expliquez l’antiactivation à l’aide d’un exemple
Changement de conformation de la protéine régulatrice : activation ↔ répression
EX. L’opéron arabinose
En présence d’arabinose : araC se lie sous la forme de dimère aux sites I1 et I2 (prom. basal). La transcription est activée via recrutement de l’ARN polymérase.
En absence d’arabinose: changement de conformation du dimère. Liaison d’une sous-unité du dimère à un site distant (araO2). Bloque la transcription via formation d’une boucle de répression de l’opéron.
Anti-activation : Une protéine, qui peut soit activer, soit inhiber en fonction de son statue post-traductionnelle.
Ex : Opéron arabinose. Lorsqu’on a de l’arabinose, besoin de transcrire opérons pour métabolisme. AraC se lie alors en dimère sur un site près de la l’initiationd e la transcription, et permet l’activation de la transcription par des moyens quelconque. Quand pas d’Arabinose, changement de conformation (toujours dimère), une protéine sur l1, l’autre sur araO2, soit un endroit qui empêche l’inittiation. Pol. Ne peut plus se lier et donc transcrire le gène
En bref, quels sont les différentes mécanismes d’action standards faites par les facteurs de transcription spécifiques?
Mécanisme d’action standards :
-Mécanismes indirects d’allostérie
-Mécanisme à distance
-Rétention de la polymérase
-L’antiactivation
Expliquez la structure et l’intérêt de l’opérons lactose
Glucose = source d’énergie principale.
L’utilisation d’autres sucres, comme le lactose, est possible si la bactérie produit les enzymes nécessaires à leur dégradation en sucre simple.
Ces enzymes ne sont pas utiles s’il n’y a pas de lactose dans le milieu et donc, leur expression doit être contrôlée.
L’opéron Lac est constitué de 3 gènes nécessaires pour la dégradation du lactose :
lacZ - la β-galactosidase,
lacY - la lactose perméase
lac A - la thiogalactoside transacétylase.
Cet opéron est contrôlé par le répresseur lacI (via opérateur) et l’activateur CAP (catabolite gene activator protein).
La bactérie se nourrit de plusieurs sources se sucre différentes. Si elle a glucose, elle le prend (facile, etc.). Quand pas de glucose cependant, peut prendre galactose, lactose, etc. (Sorte de cure X) pour le remplacer. Il faut alors qu’elle active les gênes permettant de métaboliser ses sucres. Donc, pas quand nécessaire, n’active pas ces gènes.
Au niveau du promoteur, il y a site de l’opérateur, site CAP, boîte -10 et -35, etc.
Les 3 gènes permette de faire des enzyme qui hydrolyse le lactose, de le transporter (importer) et de dégrader des thiogalactosides toxiques qui sont produits par l’hydrolyse du lactose
Comment se fait le métabolisme du lactose?
LacZ : hydrolyse le lactose en glucose + galactose.
* L’enzyme LacZ produira aussi l’allolactose par transgalactosylation. L’allolactose agira comme inducteur dans la régulation de la transcription de l’opéron.
LacY : transporteur de lactose et de thiogalactosides (toxiques).
* Sans le transporteur, l’entrée du lactose dans la cellule est très lente.
LacA : dégradation des thiogalactosides, analogues de lactose, mais non métabolisables par la cellule.
Le glucose peut être utilisé par la cellule tout de suite, mais l’utilisation de galactose nécessite la transcription de l’opéron Gal.
Comment peut-on coordonner l’expression de 2 operons ?
Le lactose est capable de rentrer dans la cellule, mais très lent sans lacY. Entrée massive lorsque LacY.
LacZ hydrolyse en 2 molécules de sucres : glucose et galactose. Donc, lorsque dégradation de lactose, activation de l’opérons galactose aussi
Opéron galactose : site de liaison cAMP-CAP : Activation des deux opérons en même temps par CAP-AMPc (même activateur pour les 2)
Expliquez la régulation de l’opéron lactose en fonction de la concentration de glucose
Si la concentration en glucose est limitée, l’adenylate cyclase est activée et
la [AMPc] ↑.
L’AMPc s’associe à CAP qui peut lier les sites de liaison à l’ADN.
CAP induit une courbure dans l’ADN qui favorise la transcription.
2 conditions nécessaire pour l’expression complète (maximale) de l’opérons :
1- Concentration de glucose : Bactérie aime mieux le glucose que lactose. Donc lorsque non-limité, prend pas lactose
Lorsque glucose limité, l’adenylate cyclase augmente AMPc, et se lie à la protéine CAP —>Activateur (courbure de l’ADN au site CAP, permettant une liaison avec la pol. Permettant de l’activer
Expliquez la régulation de l’opéron lactose en fonction de la concentration de lactose
En absence de lactose :
L’expression du répresseur lacI est constitutive.
LacI se lie à l’opérateur : cache une partie du promoteur et l’ARN pol ne peut s’y lier. L’opéron n’est pas exprimé.
En présence de lactose :
L’allolactose (inducteur) lie LacI.
L’affinité de lacI pour l’opérateur ↓. L’ARN pol
peut lier le promoteur.
L’opéron peut être exprimé.
Si [glucose] est ↑, l’expression reste faible. Si [glucose] est ↓, le taux d’AMPc ↑.
L’AMPc se fixe sur la protéine CAP et modifie sa conformation. CAP se fixe sur l’ADN et induit la courbure du promoteur
Activation maximale de la transcription.
Intégration du signal – en présence de lactose et absence de glucose.
Pas de lactose : lacI sur l’opérateur, empêchant la pol. De venir sur le promoteur et faire transcription
Quand il y a lactose : L’allolactose se lie à lacI, qui ne lie donc plus l’opérateur. La transcription peut se faire.
Expression maximale : peu de glucose activant activateur et pas de lactose : enlever répresseur
Certains gênes, pour être exprimés pleinement, ont besoin de plusieurs conditions : Intégration du signal
Si 1 des 2 conditions pas là : niveau basal
Expliquez comment se fait la régulation de l’expression de l’opérons lactose
i. Le répresseur LacI
La séquence de l’opérateur est divisé en deux sites et chaque demi-site est reconnu par une sous-unité de LacI.
Ce dernier est un tétramère qui peut lier les deux demi-sites.
La région de la protéine faisant contact avec l’ADN présente une structure conservée désignée hélice-coude-hélice. (Même structure que sigma à la boîte -35). Accroche assez forte, séquence spécifique
La ligne orange est par dessus la ligne mauve. Donc, lorsque LacI se lie, il n’y a vraiment plus de place pour la Pol.
Site de liaison directement en contact avec celui de la pol. DONC soit un soit l’’autre, pas les 2 en même temps
ii. La liaison de CAP à l’ADN
Dépend de la présence d’AMPc.
CAP-AMPc se lie au domaine C- terminal (CTD) de la sous-unité α de l’ARN pol et stabilise la polymérase au promoteur.
***attention, on parle ici de bactéries. Il ne s’agit pas du CTD de l’ARN pol !! Pas queue phosphorée des eucrayotes
Le “ site CAP” représente quelle séquence du promoteur σ70?
CAP-AMPc se lie en amont (-50 - -60) —> ÉLÉMENT UP. CAP se lie sur son site de liaison, qui est en fait l’élément UP.
Interaction direct avec la polymérase
iii. Contrôle combinatoire et intégration du signal
Contrôle combinatoire : plusieurs gènes sous le contrôle d’un même facteur.
Ex. absence du glucose = activation des opérons Lac et Gal par CAP.
Intégration du signal : deux conditions sont nécessaires pour obtenir la pleine expression.
Ex. Présence lactose + absence glucose pour activation complète de l’opéron Lac.
Qu’arrive-t-il si seulement une condition est remplie?
Quand on parle d’intégration du signal : Pour qu’un gène soit exprimé au maximum, conditions doivent être remplies. Sinon, expression basale ou nul
Contrôle combinatoire: Lorsqu’un même facteur contrôle l’expression de plusieurs gènes : ex de CAP qui exprime et l’opérons galactose, et l’opérons lactose
