Cours 6 Flashcards
Définition: l’Expression génitque:
Processus par lequel une info génétique contenue dans un gène est lue et une molécule effectrice correspondante (ARN ou prot) est produite
Régulation de l’expression génique?
Mécanismes par lesquels on change la quantité de molécules effectrices effectives
(par ex modification de production et/ou dégradation)
Un gène exprimé veut dire que ?
La protéine codée par ce gène se trouve dans la C
Profil d’expression? (2)
- Expression d’un gène donné dans plusieurs types cellulaires
- Expression de plusieurs gènes dans un type cellulaire donné
Qu’est-ce que ça signifie quand on dit qu’un gène est activé?
Il n’était pas utilisé avant un évènement et il commence à être transcrit
Pourquoi contrôler l’expression génique? (3)
-
S’adapter à un environnement changeant pour contrôler l’équilibre intérieur (homéostasie)
→ sentir les chgts + réagir et s’adapter -
S’adapter à ses propres besoins qui évoluent au cours du tps
→ fécondation, blastocyste, embryon, enfant, adulte etc. (possible malformation) -
S’adapter aux besoins de la C particulière
→ lymphocytes et neurones n’ont pas les mêmes besoins
==> Manière de s’adapter = changer l’expression des gènes en fonction des besoins
Contrôle de l’expression génique chez les organismes multicellulaires: Pourquoi?
Exemple de modification inappropriée…
Développement d’un œuf en organisme adulte nécessite bcp de changements dans l’expression génique au cours du temps
(= adaptation a ses propre besoins)
Modification inappropriée du contrôle des gènes
→ anomalie
Ex: polydactylie
Contrôle de l’expression génique chez les organismes multicellulaires adultes: Pourquoi? (+ ex)
Différents types cellulaires:
formes et fonctions différentes = besoins différents
→ lymphocytes et neurones: même génome mais expriment des gènes différents
→ Une même cellule peut remplir des fonctions différentes selon son état de différenciation (Ex: lymphocyte B mature et immature)
Trois profils d’expression génique:
+ expliquer
-
Fonctions essentielles:
→ house-keeping genes sont exprimés dans toutes les C en permanence et remplissent les fonctions de base de la C -
Spécificité cellulaire:
→ certains doivent être exprimés uniquement dans certaines cellules
(ex prod de neurotransmetteurs par les neurones) -
En réponse à des signaux:
→ certains doivent être exprimés différemment en réponse à des signaux intra ou extraC
Points de contrôle de l’expression génique (5):
- Transcription (ARNpol n’est pas recrutée sur le site)
- Maturation du transcrit (épissage, polyadénylation)
- Transport de l’ARNm
- Stabilité de l’ARNm
- Synthèse, activité et stabilité de la protéine
Définition: Profil d’expression génique: (+ex)
= Quantités relatives de tous les ARN présents à un moment donné dans un ensemble de cellules ou dans une cellule donnée
→ On compare 2 conditions et on décrit les gènes qui sont ± exprimés dans une condition par rapport à l’autre
Ex: contrôle par les HOMONES → certains ARN sont plus exprimés que d’autres
Point de contrôle primordial lors de la transcription (début):
Liaison de l’ARNpolymérase (fixation sur le promoteur)
Quels sont les 2 problèmes lors de la liaison de l’ARNpol?
-
Taille du Génome très grande
→ comment trouver l’info importante? - Génome empaqueté sous forme de chromatine
→ peu accessible
Quels sont les deux types de «signaux» (éléments physiques) sur l’ADN qui aident la pol2?
Sur quoi agissent-t-ils?
-
Promoteur donne:
→ position (donc le brin)
→ sens de déplacement -
Élément régulateur (= courts segments d’ADN à séquence très variable)
→ accessibilité
→ niveau d’expression
Définition: PROMOTEUR
Court segment d’ADN localisé au début des gènes et contenant des éléments de séquence permettant la liaison de l’ARN polymérase et indiquant le site d’initiation de la transcription et le sens de la trasncription
- Combien de séquences consensus possède un promoteur? Desquelles s’agit-il?
- Les séquences consensus sont-elles double brins? Simple brins?
- TATA (~30 nucléotides)
-
INR (site d’initation de transcription)
= ~30 nucl plus loin sur le brin non matrice
==> DOUBLE BRINS! (permettent la fixation au début du gène)
⚠︎ En fait, TATA est la séquence qui revient le + fréquemment (= séquence consensus) mais elle est en fait plus longue: TATAA (=celle qui revient le + souvent)
Def d’une séquence consensus
Séquence la plus fréquente à chaque position d’un alignement de fréquences
→ nécess pour TATA et INR
TATA: TATA T/A A A/T (TATAAA)
INR: C/T C/T AN T/A C/T C/T
Les ARN pol II des eucaryotes peuvent-elles se lier seules au promoteur? De quoi ont-elles besoin?
NON
→ Besoin de facteurs généraux de transcription
Définition: Facteurs généraux de transcription (GTF):
(Nécessaires à quoi spécifiquement?)
Protéines venant s’assembler sur le promoteur pour former un complexe d’initiation de transcription
→ Ces facteurs sont nécessaires à la transcription de tous les gènes transcrits par l’ARN pol2
Facteur de transcription important?
+ déroulement
TFIID
- vient se fixer sur le promoteur des gènes
- joue un rôle clé dans la reconnaissance de la boîte TATA grâce à sa sous-unité TBP (TATA binding protein) et de la séq INR (avec une autre sous-unité)
→ TBD détermine le site d’assemblage de la machinerie
Pour les 3 ARNpol
V/F: TFIID permet l’assemblage d’un complexe d’initiation de transcription contenant plus de 100 protéines, dont l’ARN pol2 et les autres GTFs
Vrai
La liaison de TBP à la boîte TATA provoque
Une déformation et forte torsion de l’ADN
Quels sont les 2 modèles hypothétiques possibles de l’assemblage du complexe d’initiation de transcription?
- Plusieurs étapes (= assemblage sur le promoteur)
- Une étape (= pré-assemblé)
Si les promoteurs sont asymétriques, qu’est-ce que ça implique pour TFIID? (2)
- la liaison de TFIID ne peut se faire que dans une direction
- la liaison détermine donc non seulement le point de départ mais aussi le sens de la transcription et le brin d’ADN à transcrire car elle le lit de 3’ vers 5’ pour synthétiser dans le sens 5’-3’
Quelles sont les fonctions des facteurs généraux? (4)
= Nécessaires pour la transcription de TOUS les gènes transcrits par l’ARN Pol2
- Permettent la liaison de l’ARN pol
- Séparent les 2 brins d’ADN (bulle)
- Promeuvent le départ de l’ARN pol
- Participent au couplage transcription-maturation des ARNm (TFIIH et CTD)
Dans quelles étapes sont impliqués les facteurs généraux? (4)
- Liaison de l’ARNpol
- Ouverture de l’ADN
- Initiation de la synthèse d’ARN
- Élongation
Que sont deux séquences palindromiques?
Elles ont une symétrie en miroir
Quels facteurs sont contenus dans la CTD de l’ARNpol II?
- Facteurs de polyadénylation
(+ s’occupent de couper aussi) → queue - Facteurs d’épissage
- Facteur de coiffage
→ ceci permet à ces facteurs de voyager avec l’ARNpol2 et peuvent être transférés sur le transcrit primaire lors de sa synthèse
Que fait le facteur général de transcription TFIIH? (2)
Comment?
Qu’est-ce que ça permet d’expliquer?
Il permet la fixation et la libération des facteurs du CTD de l’ARNpol2 en phosphorylant le CTD
(grâce à une enzyme située dans le TFIIH).
→ Explique la spécificité du coiffage, de l’épissage et de la polyadénylation
V/F: Phosphorylation du CTD permet donc le couplage entre la transcription et la maturation des transcrits primaires
Vrai
Que sont des éléments régulateurs?
= Courts segments d’ADN de séquence très variable (6-20 pb) qui diffèrent d’un gène à l’autre
→ Ils sont très souvement palindromiques (forme bicaténaire)
= Site de liaison pour des facteurs régulateurs de la transcription (activateurs/répresseur)
→ les reconnaissent sous forme d’un ADN bicaténaire
∆! Élément régulateur ≠ Facteur régulateur!
- Définition: Facteurs régulateurs de transcription
- Quels sont les deux types de facteurs régulateurs?
= Toute protéine capable de se lier spécifiquement à un élément régulateur donné d’un gène et de stimuler/diminuer la transcription démarrant au promoteur de ce gène
- Ils peuvent être:
→ ACTIVATEURS
→ RÉPRESSEURS
Quelles sont les 2 types d’actions sur un gène par des facteurs/éléments régulateurs?
-
Action en cis
→ séq. de l’ADN qui a une action ailleurs sur la même molécule d’ADN
ex: élément régulateur agit en cis sur le gène -
Action en trans:
-> Facteur externe (produit ailleurs) agit sur l’ADN
ex: activateur agit en trans sur le gène
Combien de domaines contiennent les activateurs? Lesquels?
3
- Domaine de liaison à l’ADN
- Domaine d’activation
- Domaine de dimérisation
Que permet le fonctionnement sous forme des dimère des activateurs?
Augmente la force de liaison à l’ADN (utilité de la nature palindromique des éléments régulateurs)
Rôle domaine de liaison des activateurs (3)
= liaison à la séq. régulatrice
→ permet la fixation de l’activateur (facteur régulateur) sur un élément régulateur donné
→ il fait tjr des liaisons avec les 2 brins d’ADN
→ les activateurs se différencient par le fait que leur domaine de liaison à l’ADN reconnaissent différents éléments régulateurs ==> spécificité
Rôle domaine de dimérisation des activateurs (3)
= Permet à 2 molécules de l’activateur de s’associer pour former un dimère
→ cela explique la nature palindromique des éléments régulateurs → séq. des deux brins d’ADN est la même si elle est lue dans la même polarité
==> dimérisation pour augmentation de la force de liaison sur l’élément régulateur
Rôle domaine d’activation des activateurs
Partie dont la fonction est de conduire à l’activation du gène dont il contrôle l’expression (logiquement)
Qu’est-ce qui détermine quel gène va être activé sur l’activateur?
Pourquoi?
C’est le domaine de liaison à l’ADN sur l’activateur car il est spécifique à un gène donné
(possibilité de mélanger les domaines d’activation et de liaison à l’ADN des activateurs)
Ce qui peut changer d’un activateur à l’autre?
Le domaine de liaison
→ reconnaît un gène spécifique (associé à la séquence régulatrice correspondante)
Que faut il pour qu’il y aie une stimulation?
Il faut un activateur complet, s’il manque un domaine cela ne fonctionne pas
- Qu’est-ce qui contrôle un activateur?
- Qu’est-ce qui peut-être contrôlé chez les activateurs (3) ?
- Contrôle effectué par des signaux
- Contrôle:
→ transport
→ dimérisation
→ activité de l’activateur (Hormone + Kinase)
Activité des activateurs peut être régulée par des signaux, lesquels? (4)
- Hormone se fixe dessus
- Phosphorylation (ajout de phosphate par kinase)
- Dimérisation
- Import de certains activateurs du cytoplasme dans le noyau
V/F: La forme hélicoïdale de l’ADN oblige les activateurs à faire des contacts entre les sillons d’ADN
Vrai
Où se fixent les activateurs sur l’ADN (hélice)? Pourquoi?
Exception? Entraine quoi sur l’ADN?
Sur le grand sillon car :
→ Il y a + de place donc + accessible
→ + grande spécificité d’activation car les pts de contact sont asymétriques
= Meilleures interactions avec les activateur (prot) qui peuvent mieux discriminer entre différents éléments régulateurs dans le grand sillon
⚠︎ Exception: TBP se lie dans le petit sillon
(TATA binding protein: sa liaison engendre une forte torsion de l’ADN)
V/F: Les 4 paires de bases ne se distinguent entre elles que dans le grand sillon
Vrai
Grand sillon = pts de contact asymétriques
Petit sillon = pts de contact symétriques
→ si on regarde un TA et un AT on a la même séq. de points de liaisons dans le petit sillon, alors qu’il y a différence dans le grand sillon (pareil GC)
Est-ce que les activateurs ont nécessairement besoin de se lier à l’ADN sous forme de dimère?
Exemple…
NON, certains activateurs se lient à l’ADN sous forme de monomère
Ex: régulateur à domaine POU
Étapes de l’interaction entre la protéine à domaine POU (activateur) et l’ADN (4):
A. Liaison du monomère POU avec sous-domaines en côtés opposés de l’ADN
B. Homodimérisation du POU sur l’ADN;
C. Hétérodimérisation du POU sur l’ADN;
D. Hétérodimérisation du POU avec le domaine HMG d’un autre facteur
“S” sous-domaine POUs
“H” sous domaine POUh
Mode d’ACTIVATION de la transcription par les activateurs? (2)
- Direct = initiation de la transcription via le domaine d’activation
- Indirect = activation via un coactivateur (facteur qui active la transcription mais ne se lie pas directement à l’ADN)
Quel est le mode d’ACTION des activateurs? (2)
Activateurs + coactivateurs favorisent l’assemblage du complexe d’initiation de transcription:
→ En rendant l’ADN du promoteur plus accessible
→ En recrutant de la machinerie de transcription
(interaction direct (contact physique) entre activateur et machinerie de transcription)
Comment les activateurs rendent-ils le promoteur + accessible?
Modification chimique de la chromatine par le coactivateur (et activateur) = acétylation des histones
(Histones acétylées: déstructuration de la chromatine et accessibilité ↑)
==> déplacement des nucléosomes grâce à l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP
→ module la transcription
= ÉPIGÉNÉTIQUE
Qu’est-ce que l’épigénétique?
C’est l’étude des mécanismes modifiant de manière réversible, transmissible (lors des divisions cellulaires) et adaptative l’expression des gènes sans en changer la séquence d’ADN
==> régulation/modulation de l’expression des gènes
V/F: Certaines modifications épigénétiques sont conservées après la division cellulaire ainsi que tout au long de la vie des cellules post-mitotiques
Vrai
Mais ⚠︎: Elles peuvent changer en fonction d’une influence extérieure: mode de vie, alimentation, stress…)
La plupart des gènes montrent un profil d’expression unique. Ils peuvent être exprimés (4):
- à différents moments durant le dvt
- à des niveaux différents (nombres d’ARNm)
- dans différentes cellules
- en réponse à différents signaux
Recrutement de la machinerie de transcription?
- Interaction entre (co)activateur et machinerie de transcription
→ facilitation de son assemblage sur le promoteur du gène - Contact physique entre activateur et machinerie
→ ADN séparent séq. régulatrice du promoteur doit faire une boucle
Est-ce qu’un activateur peut contrôler plusieurs gènes?
AVANTAGE ? INCONVÉNIENT?
OUI
Avantage:
Plusieurs gènes peuvent être placés sous le contrôle du même signal (expression coordonnée)
Inconvénient:
Des gènes placés sous le contrôle du même activateur ne peuvent pas être exprimés de manières différentes
Comment un activateur réussi à contrôler plsrs gènes du coup?
On utilise une combinaison de plusieurs activateurs = un enhancer
(principe du Mastermind)
= Il y a 1 code et chaque gène a sa propre combinaison d’activateurs
Ex: deux activateurs → 3 profils d’expression différents
Qu’est qu’un “enhancer” (ou amplificateur)?
Segment de l’ADN regroupant un ensemble de plusieurs éléments régulateurs reconnus par différents activateurs et contrôlant l’expression d’un gène voisin
Chaque gène contient plusieurs éléments régulateurs regroupés ensemble pour former un enhancer
Qu’est-ce que le contrôle combinatoire de transcription?
Comment le gène de la Bêtaglobine peut il obtenir une amplification maximum de son expression?
Le enhancer contient plusieurs éléments régulateurs reconnus par une combinaison d’activateurs différents
==> amplification max de l’expression
(Pour la Bêtaglobine: ensemble de 4 activateurs dimériques)
Le contrôle combinatoire de la transcription permet (2):
-
L’intégration de plusieurs infos
→ “condition” (à un moment, à un endroit, en réponse à un signal etc.) - La spécificité cellulaire
Quelles sont les conditions essentielles au fonctionnement du contrôle combinatoire de transcription?
- Seul un jeu complet d’activateurs doit pouvoir stimuler efficacement la transcription
- Un seul activateur, ou un jeu incomplet d’activateurs, ne doit pas être capable de stimuler la transcription de manière optimale
Qu’est-ce que la synergie d’activation?
= Phénomène par lequel l’effet de deux activateurs est bien plus grand que la somme des effets de chaque activateur
Quelles sont les deux points de contrôle post transcriptionnels PRINCIPAUX de l’expression génique (concernant l’ARN)?
- Maturation du TRANSCRIT
- Stabilité de l’ARNm (et transport)
+ synthèse, activité et stabilité de la protéine
Exemple d’épissage cellulaire régulé en fonction du type cellulaire chez le rat
Fabrication de la protéine topomyosine différente:
Épissage différent du gène ⍺-tropomyosine
→ muscle lisse ou fibroblaste (endroits différents) → profil d’épissage du transcrit primaire différent à partir du même gène
Exemple épissage alternatif dans même type cellulaire
Neurone: localisation varie à l’intérieur de la cellule
→ ARN différents à différents endroits de la cellule: axone et corps cellulaire
- Qu’est ce qui décide quel épissage à lieu?
- Comment?
- Où sont-elles exprimées? (2)
Ce sont les prot régulatrices qui se fixent sur le transcrit primaire
→ Elles peuvent rendre accessible ou bloquer les sites consensus d’introns spécifiques nécessaires à l’épissage
Où les protéines régulatrices sont-elles exprimées?
Elles peuvent n’être exprimées que dans un type cellulaire donné ou seulement en réponse à un signal donné dans un type cellulaire donné
Exemple de régulation de l’épissage alternatif lors de la détermination du sexe chez la drosophile
Les profils d’épissage peuvent être différents selon si le drosophile est mâle ou femelle
→ Sur un gène, un exon est excisé chez la femelle en raison de la présence d’une prot répresseur qui se lie au signal d’épissage situé à l’extrémité 3’ du 1er intron, empêchant son excision
→ Sur un autre gène, un exon n’est pas excisé chez la femelle en raison de la présence d’une prot activatrice uniquement chez la femelle qui se lie au signal d’épissage situé à l’extrém. 3’ du 1er intron, nécessaire à son excision
Quantité totale d’ARN = ?
(«Formule»)
Quantité de dégradation + quantité de transcription
Qu’est-ce qui permet le contrôle de la stabilité de l’ARNm
Contrôlée par la liaison d’une protéine régulatrice à une séq. située dans la région 3’ non-traduite de l’ARNm ainsi que du microRNA (RNA binding protein et complexe RISC-microARNs)
Étapes (4) de dégradation des ARNm:
- Queue poly(A) enlevée par prot PARN/Ccr4-Not/PAN2
→ coiffe FRAGILISÉE - Dégradation de l’extrémité 3’ (libre) de l’ARN par un complexe d’exonucléase (=exosome → sens 3’-5’)
- EN MÊME TEMPS: coiffe dégradée par DCP1 et DCP2
- Enzyme XRN1 dégrade ensuite l’ARN de 5’-3’
Chez les eucaryotes, quels complexes de protéines sont capables d’enlever la queue poly(A) par activité exonucléase? (3)
-PARN
-Ccr4-Not
-PAN2
De quel façon CCR4-NOT peut être recruté aux ARNm?
Étapes recrutement+action (3):
De façon RÉGULÉE
→ microARN = attache en 3’ de ARNm = recrutement
Recrutement régulé et action de CCR4-NOT:
1. Présence de Ccr4-Not → déadénylation
2. Protéine liant les poly(A) se détache
3. Déragdation de l’ARNm
Quel est le rôle du complexe prot Ccr4-Not (2):
- Déadénylation puis dégradation d’ARNm
→ Blocage de la traduction des ARNm
(par interaction avec des facteurs qui détruisent/modifient la composition d’origine du complexe d’initiation de traduction)
Expliquer les 2 mécanismes (cytoplasme/noyau) où la régulation des gènes par les microARN peut se faire
(NB: peut y avoir + que 2 méca en vrai)
Ds cytoplasme:
MicroARN = attache pour le complexe Ccr4-Not
→ complexe RSC-miARN se lie sur ARNm spécifiques et recrute Ccr4-Not
Ds noyau:
Complexe RISC-miARN dirige des complexes de remodelage de la chromatine de certains gène = transcription affectée
Régulation du régulateur (miARN)?
lncARNs peuvent limiter l’action des miARNs en servant d’éponge (fixant eux-mêmes les miARNs) et rendant les miARNs du coup moins disponibles pour lier les ARN messagers
→ se fait en post transcriptionnel
Donner le mécanisme de régulation de la stabilité des ARNm codant pour le récepteur de la transferrine
Fer est importé dans les C par un récepteur à transferrine présent sur la membrane
→ sa prod permet de réguler la concentration de fer intraC
-
Si carence en fer:
Prot régulatrice (se fixe) empêche la dégradation de l’ARNm (qui permet la synthèse de ce récepteur)
= ARNm stable/protégé contre la dégradation -
Si abondance de fer:
Fer se fixe sur la prot régulatrice (chgt de confo)
= ARNm instable/rapidement dégradé
==> ↓ de la prod des récepteur (évite surcharge en fer)
De nombreuse maladies résultent de défauts dans la régulation de l’expression génique, donner des exemples: (4)
- Hémophilie B leyden: mutations dans les éléments régulateurs du gène codant le facteur IX de coagulation
- Nanisme: mutations dans un activateur spécifique de la glande pituitaire
- Défauts de dvt sexuel mâle: mutations dans un activateur (AR) nécessaire pour l’activation de gènes par l’H androgène
- Syndrome des lymphocytes nus: mutations dans un coactivateur (CIITA) clé du système immunitaire
Qu’est-ce que le syndrome des lymphocytes nus?
Syndrome dû à une mutation affectant un site d’épissage du gène codant le coactivateur C2TA
→ l’empêchant d’être recruté sur le enhancer d’une famille de gènes cibles
→ et par conséquent d’activer la transcription de ces gènes par acétylation des histones
Quelle est la liaison entre les brins dans la double hélice ADN-ARN?
Liaisons Hydrogènes entre les bases
Quand est ajoutée la coiffe 5’?
LORS de la transcription
Que peut-on dire de la capacité proofreading des ARNpol?
Elle est moins efficace que celle des ADNpol
(A+G)/(T+C) =
1
⚠️ ≠ (A+T)/(G+C) -> spécifique à une espèce!
Est-ce que l’ARN peut avoir des propriétés enzymatiques?
Exemple?
OUI
Ex: RIBOZYME = ARNr qui catalyse des réactions dans le ribosome lors de la synthèse des protéines
Est-ce que la Poly(A)polymérase a besoin d’une matrice?
NON
= seule polymérase qui n’a pas besoin de matrice
Quel est le rôle du complexe réplisome?
Permet au brin précoce d’attendre le brin tardif
Signaux d’épissage sur:
- Intron (3)
- Exon (2)
-
Intron:
-> Début: GU
-> Milieu: A
-> Fin: AG -
Exon (sur transcrit primaire + ARNm)
-> Extrémité : AG
-> Extrémité : G
