Cours 5 - Régulation de la transcription chez les procaryotes Flashcards
Pourquoi la régulation chez les procaryotes se fait à l’initiation et aussi à d’autres niveaux (traductionnel, dans la structure des ARN) ?
On régule lors de l’initiation car :
- On sauve de l’énergie et des ressources, pas nécessaire de transcrire un gène qui ne servira pas.
- C’est plus facile de réguler au niveau de l’ADN (un seul promoteur sur une seule molécule d’ADN doit être régulé) (la traduction implique de nombreuses molécules d’ARNm codant pour le gène à réguler).
On ne régule pas seulement au niveau de l’initiation car :
- Modulation plus fine et plus efficace de l’expression d’un gène
- Réduit le temps de réponse de cette régulation (Ex. Répression levée à l’étape de traduction, la protéine peut être produite immédiatement)
Qu’est ce que le niveau basal de transcription d’un gène ?
Le niveau basal est la transcription sans protéines régulatrices (juste l’ARN qui se lie au promoteur de façon aléatoire pour partir la transcription).
- L’étape limitante est donc la liaison de l’ARN Pol (souvent avec une affinité faible)
- La liaison amène la transition en complexe ouvert, initie la transcription
- Dans certains gènes, ce niveau basal est important, et d’autres, il est nul.
Qu’est ce que l’allostérie (dans la transcription) ?
- Veut dire « autre forme »
- Change la structure de la protéine après la liaison d’un ligand sur un site régulateur.
- Étape limitante = transition de fermé à ouvert
- Agit sur l’ADN ou sur l’ARN pol.
L’allostérie peut aussi se faire sur le régulateur : 2 conformations du régulateur - 1 liant l’ADN = actif
- 1 ne pouvant pas lier l’ADN = inactif
L’allostérie est fait de différents moyens
* Allostérie des protéines régulatrices (Ex. lactose qui change la conformation du répresseur lac) (Ex. AMPc qui change la conformation de CAP)
* Allostérie provoquée par les régulateurs (NtrC et MerR) (Fonctionnent par allostérie plutôt que par recrutement pour activer la transcription)
* L’ARN pol liée sur le promoteur est inactive (L’activateur induit un changement allostérique de ce complexe pour le rendre actif)
Quels sont les gènes de l’opéron lac, leur régulateurs et la fonction de chacun ?
Les gènes de l’opéron lac:
LacZ : code pour la β-galactosidase, une enzyme qui coupe le lactose en galactose et en glucose.
LacY : Code pour la lactose perméase, une protéine transmembranaire qui importe le lactose dans la cellule (génère des pores pour faire rentrer le lactose).
LacA : Code pour la thiogalactoside transacétylase, elle débarrasse la cellule des thiogalactosides toxiques qui sont importés avec le lactose par la lactose perméase.
Cap (un activateur) : Il se lie sur le site CAP et transmet le signal du glucose (quand il manque de glucose). Il se lie 60 pb en amont du site d’initiation et recrute l’ARN Pol sur le promoteur (Liaison coopérative)
Normalement, la liaison d’un régulateur à l’ADN ne change pas la structure de l’ADN, mais Cap induit une torsion de l’ADN qui s’enveloppe autours d’elle
Répresseur lac (un répresseur) : Il est codé par lacI. Il se lie sur l’opérateur et transmet le signal du lactose (quand il n’y a pas de lactose). Il recouvre une partie du promoteur et empêche physiquement l’ARN Pol d’interagir avec le promoteur.
Chaque opérateur lac est en contact avec 2 sous-unités : les 2 monomères restants vont se lier sur l’un des 2 autres opérateurs distants (400pb en aval et 90pb en amont de l’opérateur primaire).
Allostérie du répresseur lac : Le lactose se lie sur le répresseur lac et induit un changement de sa conformation (ne peut plus lier l’ADN, ne se lie plus à l’opérateur)
Quels sont les régulateurs et leur fonction dans l’opéron Gal ?
Régulation négative par le répresseur galR
- Agit différemment du répresseur lac qui encombre le site de liaison de l’ARN pol
- Il retient l’ARN pol en empêchant la transition de complexe fermé à ouvert
Régulation positive par CAP!
CAP est un activateur sur plus de 100 gènes chez E coli avec une multitude de partenaires (CAP est pas mal toujours là). Il fait du contrôle combinatoire (il régule un signal commun pour plusieurs gènes)
Quel est l’ordre d’expression des gènes du bactériophage SP01 contrôlé par σ ?
1- L’ARN pol bactérienne (σ70) reconnaît les promoteurs précoces du phage nécessaires au début de l’infection
2- Un des gènes = gène σ28
3- L’ARN pol σ28 dirige la transcription des promoteurs intermédiaires
4- Un des gènes intermédiaire = σ34
5- L’ARN pol σ34 dirige l’expression des gènes tardifs
(avec des sigmas alternatifs on est capable de synchroniser les étapes nécessaire)
Résumé les cas du NtrC, du MerR et de l’araBAD.
L’activateur NtrC lie l’ADN si le niveau d’azote est faible (Contrôle les gènes impliqués dans le métabolisme de l’azote) (Incluant le gène glnA)
- Une diminution du taux d’azote mène à la phosphorylation de NtrC par NtrB, ce qui va créer un changement de conformation de NtrC qui démasque son domaine de liaison à l’ADN
- NtrC activé (phosphorylé) lie, sous forme de dimère, 4 sites à 150 pb du promoteur (Il lie le site de liaison de l’activateur de glnA et interagit avec l’ARN pol σ54)
NtrC active l’ARN pol (NtrC a une activité ATPase – fournit l’énergie nécessaire pour changer la conformation de l’ARN pol) (Transition de complexe fermé stable à complexe ouvert)
MerR lie une séquence entre -10 et -35 du promoteur de merT
**Il faut noter que la distance entre -10 et -35 de 19pb au lieu des 15-17 pbs classiques
- L’ARN pol σ70 se lie, mais non optimal donc pas de transcription
- En présence de mercure, MerR subit un changement conformationnel (Torsion de l’ADN au centre du promoteur) (Restaure la région -10 et -35 du promoteur dans une configuration optimale pour l’ARN pol σ70)
AraBAD est un promoteur qui dirige l’expression des gènes pour le métabolisme du glucose. Lors de la présence d’arabinose et l’absence de glucose.
Ces 2 activateurs sont : CAP et AraC.
AraC va venir se lier en présence d’arabinose et va recruter la polymérase pour transcrire. Par contre, quand il n’y a pas d’arabinose, araC va venir se lier a une autre région de l’ADN, ce qui va former une boucle et empêcher l’ARN Pol de venir se poser (ANTI-ACTIVATION).
Décrivez l’état lytique, lysogène et l’induction lysogène.
Lytique : Nécessite la réplication de l’ADN. Synthèse de nouvelles protéines d’enveloppe. (Tombe en lyse après avoir utilisé la machinerie: où il va rejeter une quantité phénoménale de virus)
Lysogène : Intégration de l’ADN du phage dans le chromosome bactérien (Répliqué à chaque division cellulaire) (Prophage – stage dormant) (le virus va rentrer son génome et utilise la machinerie. La bactérie va se diviser en étant infectée)
Induction lysogène : Passage de l’état lysogène à lytique. Quand la cellule est exposée à des agents endommageant l’ADN.
Expliquez la régulation transcriptionnelle du bactériophage λ en nommant les gènes impliqués, les promoteurs, les protéines régulatrices, les sites de liaison et le mécanisme.
2 gènes : cl (code le répresseur λ) et cro (code la protéine cro)
3 promoteurs :
- Pr, Pl (tous les autres gènes sont directement ou indirectement transcrits via Pr et Pl, ce sont des promoteurs forts, constitutif et n’ont pas besoin d’activateurs)
- Prm (transcrit seulement le gène cl, c’est un promoteur faible, il nécessite la liaison d’un activateur en amont)
Répresseur λ et Cro peuvent lier les 6 opérateurs avec des affinités différentes (3 opérateurs dans la région contrôle de gauche ainsi que 3 à droite)
- 3 sites de liaison de l’opérateur droit: OR1, OR2, OR3 (Chaque site peut lier un dimère de λ ou de Cro)
- Toutefois, ces sites de liaison ont des affinités différentes avec ces protéines (Cro a une meilleure affinité avec Or3 et λ en a une meilleure avec Or1)
La liaison coopérative du répresseur λ
Le C-term du répresseur λ peut faire un dimère ou un tétramère.
Les 2 dimères de répresseurs λ se lie de façon coopérative sur des sites adjacents d’ADN.
ON sait que l’affinité optimale de λ est sur Or1, mais il faut comprendre que la liaison sur Or1 favorise la liaison sur Or2. Le répresseur peut donc se lier sur les 2 sites simultanément alors que sa concentration ne devrait permettre sa liaison que sur le site Or1 (le site Or3 reste libre car la liaison Or1 et Or2 ne permet pas le contact avec un 3e dimère sur le site adjacent).
À propos du stage lytique et lysogène
Les répresseurs λ et Cro contrôlent le stage lytique et lysogène.
Lysogène : le répresseur λ se lie sur Or1 et Or2 (empêche la fixation de l’ARN pol sur Pr par encombrement). Le répresseur λ lié à Or2 active la transcription à partir de Prm (promoteur faible)
Lytique : 1 dimère de Cro se lie à Or3 (recouvre ainsi Prm et réprime ce promoteur par encombrement). L’ARN pol se lie à Pr et Pl et transcrit les gènes lytiques (Pr et Pl sont des promoteurs fort et n’ont pas besoin d’activateurs)
Dès le moment où le répresseur λ est dégradé et que le promoteur Or1 et Or2 est libéré, on génère l’induction lysogène (on passe de lysogène à lytique).
L’événement qui aide cette transition est : lorsque l’hôte est affecté (si la bactérie est endommagée ou si elle risque de mourir).
Quelles sont les étapes précoces lytiques VS lysogène ?
1- À l’infection, la transcription est initiée à partir de PR et PL
2- PR dirige la synthèse de Cro et de cII
3- Cro favorise le développement lytique (Cro se lie sur OR3 et bloque PRM). cII favorise la croissance lysogène en activant la transcription de cI (répresseur λ)
4- Répresseur λ se lie sur OR1 et OR2 pour bloquer PR et active PRM
Ainsi, l’efficacité de cII pour activer la transcription de cI détermine le choix de développer en lysogénie.
–> L’efficacité de cII est déterminé par la quantité de phages infectant la bactérie
1 phage ou moins = lytique (on tue la cellule car il doit y en avoir en masse d’autres, si seulement un phage est dans celle-ci)
2 phages ou plus = lysogénique (si plusieurs phage sont dans celle-ci, c’est qu’il n’y en a pas beaucoup d’autres à infecté, plus « safe » de multiplier celle-ci) De plus, beaucoup de phages augmente les chances qu’au moins un génome de phage dirige la synthèse du répresseur et s’intègre dans le chromosome bactérien (bloque ainsi le développement lytique des autres phages)
Décrivez la réponse SOS chez E. coli et son lien avec l’induction lysogène.
- L’accumulation de dommages ou de cassures monocaténaire induit une réponse dans les E. Coli (Réponse SOS : elle va induire la production de protéines de réparation qui ne sont pas présentes normalement)
- Mécanisme général: Les lésions provoquent une destruction (par RecA) d’un répresseur de transcription (LexA) (LexA réprime les gènes impliqués dans la réponse SOS. La disparition de LexA active la réponse SOS).
- Lien de la réponse SOS avec l’induction (ressemblance)
Les dommages induits à l’ADN lors de stress cytotoxiques, etc. amène à l’activation de RecA qui va venir dégrader le répresseur λ (qui ressemble à LexA) lors de la réponse SOS.
Le répresseur λ clivé ne peut donc plus lier Or1 ou Or2, ce qui induit la transcription de Pr et Pl (croissance lytique) et produit Cro qui lie Or3 (empêche la liaison du répresseur λ et rend l’induction irréversible) (le bactériophage λ, ou la nature, est “intelligente”, elle a combiné lésion avec lyse de la cellule)
Expliquez comment le répresseur λ est régulé et pourquoi il faut cette régulation.
Trop faible = induction spontanée sans réponse SOS
Trop forte = Manque de RecA pour inactiver tous les répresseurs λ
- La quantité est régulée par des mécanismes d’autorégulation positive et négative
- Positive : la boucle de rétroaction positive qui fait que lorsqu’on encombre Or1 et Or2, l’ARN pol se lie sur le promoteur Prm et code des répresseur λ.
- Négative : quand l’autorégulation positive en a trop créer (au moins 10x +), le répresseur λ réussi à se lier à Or3 et empêche de coder sur Prm donc ne créer plus de répresseur λ (pour maintenir un niveau stable dans la cellule).
