Cours 6 - Régulation de la transcription chez les eucaryotes Flashcards
Qu’est ce qui différencie la transcription chez les eucaryotes des procaryotes (nommez des éléments (5) qui appuie votre réponse) ?
Elle est beaucoup plus complexe !
L’action des activateurs et répresseurs est complexifiées par des caractéristiques additionnelles.
- Les nucléosomes et leurs modifications (la machinerie transcriptionnelle est présentée à un substrat partiellement masqué, ainsi cela réduit l’expression nombreux gènes en absence protéines régulatrices). La cellule doit donc trouver des moyens de décompacter l’ADN pour que la polymérase y ait accès.
- Chez les eucaryotes, on a beaucoup plus de régulateurs et donc de plus grandes séquences régulatrices (les sites sont plus nombreux et beaucoup plus souvent éloignés).
- Il existe plusieurs types d’éléments régulateurs : Des promoteurs, des sites de liaison régulateurs (individuels) et des séquences régulatrices (plusieurs sites) (peuvent s’étendre sur 1000 nucléotides en amont ou en aval du promoteur.
- Enhancers : plusieurs sites activateurs regroupés en une seule unité
- Des dizaines de milliers de pb en amont ou en aval peut séparer les plusieurs sites d’un enhancer, la cellule trouve un moyen de rapproché ces régions en repliant l’ADN en boucle pour les rapprocher (ces « actions » à distance font intervenir des boucles d’ADN qui facilitent l’interaction entre les protéines).
- L’activateur lié à un enhancer pourrait activer n’importe quel gène à sa portée. Il faut donc d’autres séquences régulatrices (isolateurs ou éléments frontières) situés entre les enhancers et les promoteurs qui vont bloquer l’activation du promoteur induite par les activateurs liés à l’enhancer = Le tout garantit que les activateurs ne fonctionnent pas aveuglément.
Quels sont les 4 types de DLA décrits en classe ? Faites un petit résumé descriptif de chacun.
1- Le motif hélice-coude-hélice (premier DLA à être caractérisé) :
- Structure cristalline établie par McKay & Steitz (1981) et Pabo & Lewis (1982)
- 2 hélices α séparées par un coude court. La première hélice est une hélice de reconnaissance. Elle s’insère dans le grand sillon et reconnait les pbs spécifiques. La deuxième hélice crée des contacts avec le squelette de l’ADN
La distinction de HCH eucaryotes et HCH bactériens : plusieurs régulateurs eucaryotes lient sous forme d’hétérodimère (AP-1) et parfois monomères (NF-1)
Les protéines à homéodomaine (classe de DLA de type HCH)
- Similaire au HCH bactérien mais identifié chez les eucaryotes (Drosophile): Identifié dans plusieurs protéines, car il a une fonction dans l’embryogenèse chez les drosophiles
- Contiennent région 60 AA très conservés = homéodomaine (HD) dont structure tridimensionnelle est de type HCH. Séquence consensus: TAATNN
- Particularité des protéines à homéodomaine = soit des activateurs ou répresseurs, leur fonction est dictée par l’homéodomaine
- L’interaction de l’homéodomaine se fait TOUJOURS dans le grand sillon et non le petit sillon.
2- Domaine en doigt à zinc (le plus commun des DLA)
- Initialement identifié chez TFIIIA
- Constitué d’environ 30 AA parmi lesquels se trouvent 2 résidus cystéine et 2 résidus histidine (qui vont coordonner ensemble grâce à un atome de zinc)
- Certains possèdent jusqu’à 8 ou 10 doigts de zinc. Chaque doigt va interagir à trois nucléotides (Donc par exemple 10 doigts = reconnait 30 nucléotides dans l’ADN)
- Le zinc est absolument requis
- Dans la région de 12 AA entre les paires cystéines-histidines, on va retrouver des résidus basiques (donc chargé +) et quelques résidus hydrophobes
- La structure de 30 AA se replie pour former 2 barreaux β antiparallèle suivis d’une hélice α
- Un des activateurs les plus connus est le Sp1 (possède 3 structures en doigts de zinc consécutives, reconnait 9 nucléotides)
- Il existe d’autres domaine de liaison à l’ADN (DLA) qui utilisent le zinc : dans lequel le zinc est coordonner non pas par 2 résidus cystéines et 2 histidines mais bien 4 résidus cystéines (cela stabilisent le DLA un peu différemment mais ça ressemble au motif HCH). Dans le cas des récepteurs des glucocorticoïdes = 8 cystéines pouvant lier 2 atomes de zinc.
3- Une fermeture à glissière de leucines (troisième type de DLA)
- Combine à la fois des surfaces de dimérisations et à la fois un DLA dans la même unité structurale.
- Identifié par Steven L. McKnight (activateur C/EBP) dans les débuts des années 80
- Une région de 30 AA a une charge globale nettement +. Cette région est suivie par une autre région contenant des leucines (4-6) séparées par des intervalles de 7 résidus (essentiel pour permettre la dimérisation et la capacité de la molécule à se lier à l’ADN)
- Un segment hélice α s’insère dans le grand sillon (celle riche en +). La dimérisation est induite par un autre segment de cette hélice (ceux espacé de 7 AA)
- Les protéines qui possèdent un DLA à fermeture à glissière de type leucine peuvent former des homo ou hétéro dimère.
- L’arrangement particulier des leucines (espacés de 7 AA) vont créer des hélices α qui ont des surfaces très hydrophobes. Deux protéines qui ont ce motif va former des structures de type « coiled-coil » (les hélices s’enroulent les unes de l,autres)
- Ex de deux facteurs de transcriptions ayant les motifs de fermeture à glissière leucines : les facteurs CREB (hétérodimère) et AP-1 (hétérodimère)
4- Le motif hélice-boucle-hélice
- Motif formé de 2 régions en hélice (1 de reconnaissance de l’ADN et l’autre une hélice α plus courte). Les deux hélices sont séparées par une boucle flexible (a une forte similarité avec le motif fermeture-leucine car possède une région basique essentielle à la liaison à l’ADN et une région permettant la dimérisation).
- Site de reconnaissance dans l’ADN est = 12 paires de bases inversées répétées (dimère) « boite E » = CAXXGT (où X est un nucléotide quelconque)
- Ces protéines qui possèdent un motif HBH sont impliqués dans diverses fonctions cellulaires comme la diff. cellulaire (MyoD), la stabilité du chromosome (CBF1/CPF1), la régulation de l’expression (CUTE, E12, E47, PHO4), la prolifération cellulaire (myo).
Qu’est-ce qui détermine la force d’une région activatrice ?
Son acidité.
- Régions activatrices acides = fortes et fonctionnent dans tous organismes eucaryotes
Exemple: Région activatrice Gal4 : appelée région activatrice « acide » (cette richesse acide permettrait au domaine d’activation de pouvoir attirer vers lui d’autres protéines) en raison prépondérance AA acides (Mark S. Ptashne).
- Régions activatrices moins acide, riche en glutamine ou proline = + faibles et fonctionnent de façon moins universelle.
Nommez deux types de modificateurs de la chromatine et décrovez leur fonctionnement.
- L’ajout de groupement chimique sur les queues d’histone : acétyltransférases des histones (HAT)
- Le déplacement et remodelage des nucléosomes: SWI/SNF à activité ATP-dépendante.
*L’effet de modifications (acétylation) sur les queues d’histones peut aussi être d’aider la liaison de la machinerie transcriptionnelle, car les queues acétylées sont des sites de liaisons spécifiques pour les protéines contenant des bromodomaines. Un des composants de TFIID contient un bromodomaine (TAF 1et TAF 250) !! Permet une meilleure fixation.
Décrivez le modèle d’action de SAGA comme coactivateur de Gal4.
À propos de SAGA :
- Elle a une activité d’acétylation et elle est capable d’interagir avec la machinerie transcriptionnelle
- Comme TFIID, SAGA contient des TAFs : nécessaire pour certains promoteurs en remplacement de TFIID
Voici le modèle d’action de SAGA comme coactivateur de Gal4 :
1- Gal4 est initialement lié à sa séquence cible (UAS) par son DLA, toutefois son domaine d’activation est bloqué par Gal80.
2- L’addition de galactose induit l’expression de l’inducteur gal 3 qui va modifier le complexe gal80/gal4 pour rendre le domaine d’activation accessible.
3- Le tout va permettre de recruter SAGA et SAGA va à son tour recruter TBP à boite TATA ce qui va activer la transcription de Gal1.
Expliquez la régulation par un locus LCR.
Une régulation appropriée de certains groupes de gènes nécessite régions de contrôle d’un locus (LCR), son action est très forte. Il faut comprendre que plus on s’éloigne du LCR, moins l’impact de LCR est grand. Ex: gène globine humain.
Qu’est ce que l’action synergique des activateurs ?
L’action de multiples activateurs devant fonctionner ensemble se fait souvent de façon synergique (effet de 2 activateurs agissant ensemble est + grand que la somme de chacun agissant seul) ex: le répresseur λ
La synergie peut résulter :
1. Multiples activateurs recrutant un seul composant de machinerie transcriptionnelle EX : Deux activateurs peuvent recruter un seul complexe (ex. Médiateur) en touchant différentes parties
2. Multiples activateurs recrutant chacun un composant différent
3. Multiples activateurs s’entraidant pour lier leurs sites à proximité du gène qu’ils contrôlent
Qu’est ce que la liaison coopérative d’activateur ? Nommez un exemple.
La liaison d’une protéine à son site d’ADN peut faciliter la liaison d’une autre protéine à proximité de 4 façons (directes ou indirectes) :
- Liaison coopérative via l’interaction entre 2 protéines (exemple de coopérativité: les deux s’assoient et coopèrent entre eux)
- Les deux protéines qui se lient peuvent en recruter une troisième
- Effets indirects : la liaison d’une protéine sur son site aide à la seconde à lier son site (soit avec un modificateur, soit par allostérie)
La coopérativité est cruciale pour l’intégration du signal par les activateurs
Exemple : le contrôle du gène HO
- La levure S. cerevisiae se divise par bourgeonnement
- Gène HO (endonucléase ADN): exprimé que dans les cellules mères et seulement à certains moments du cycle cellulaire
Ces 2 conditions sont communiquées au gène via 2 activateurs : Swi5 et SBF Swi5 : lie plusieurs sites à une certaine distance du gène (+>1kb)
SBF ne peut lier ses sites sans aide : disposition sites SBF dans chromatine l’interdit alors que Swi5 (dans les cellules mère-spécifiques) peut lier ADN sans aide / trop éloigné pour activer gène HO. Swi5 recrute des modificateurs de nucléosomes (HAT + enzyme de remodelage SWI/SNF). Ils agissent sur les nucléosomes au niveau des sites de SBF pour permettre à SBF de se lier à son site et activer la transcription de HO en recrutant le médiateur.
Décrivez l’enhanceosome de l’interféron-β humain.
Gène humain de l’interféron-β activé dans les cellules sous infection virale (l’infection cible 3 activateurs : NF-kB, IRF et Jun/ATF (AP-1))
Ils reconnaissent un enhancer et lient de façon coopérative sites compactés d’un enhancer à ≈1 kb en amont promoteur.
Ils forment structure désignée « enhanceosome »
- Requiert avant tout le HMGA1 (High-mobility group protein HMG-I/HMG-Y), il va redresser l’ADN enhancer (lie au petit sillon (A-T-riche) pour permettre aux activateurs de se poser.
- Activateurs recrutent coactivateur : CBP (CREB-binding protein) ou homologue p300
***Caractéristique frappante de l’enhanceosome: Chaque pb ADN enhancer impliquée dans liaison activateurs. Cela explique pourquoi HMGA1 ne peut s’y lier quand les activateurs y sont: manque de place.
Qu’est ce que le contrôle combinatoire ?
Le contrôle combinatoire stipule qu’un régulateur peut réguler plus qu’un gène. Chez les eucaryotes, le contrôle combinatoire est plus vaste que chez les bactéries.
Exemple :
- Gène A: contrôlé par 4 signaux (1-4) chacun fonctionnant via un activateur indépendant (activateurs 1-4)
- Gène B: contrôlé par 3 signaux (3-5-6) fonctionnant via les activateurs 3, 5 et 6
Existe un signal commun entre 2 gènes : signal 3 = contrôle combinatoire
Le contrôle combinatoire implique beaucoup plus de régulateurs et + de gènes que dans cet exemple (1000 activateurs pour 25 000 gènes chez l’humain)
Quels sont les mécanismes généraux des répresseurs transcriptionnels (4) ?
La compétition = Lorsque deux sites se chevauchent, donc physiquement les deux protéines ne peuvent interagir en même temps (l’abondance, l’affinité, etc. peut faire que l’un se fixe plus que l’autre).
L’inhibition = Chacun a son site de liaison distinct et peut se lier en même temps, mais le répresseur a un domaine qui vient masquer l’action de l’autre.
La répression directe = Contact direct qui va signaler le blocage de la transcription.
La répression indirecte = Elle va retirer les groupes acétyles des histones ce qui va recompacter la chromatine
Exemple: Gène GAL1: contient un site (entre site Gal4 et promoteur) auquel s’accroche Mig1
En présence de glucose: La liaison Mig1 réprime la transcription de GAL1. Recrute protéine Tup1: forme un « complexe de répression » (ensemble de MIg1 et Tup1).
Deux modèles de répression par Tup1 :
- Tup1 recrute des histones désacétylases qui désacétylent à proximité des nucléosomes.
- Tup1 interagit directement avec la machinerie transcriptionnelle, ce qui inhibe l’initiation.
Expliquez la transduction du signal et le contrôle des régulateurs transcriptionnels.
Les signaux sont souvent communiqués aux régulateurs transcriptionnels via des voies de transduction du signal.
L’expression d’un gène dépend de signaux environnementaux. Ces signaux sont communiqués sous différentes formes.
- Chez bactéries : Petites molécules (sucres ou protéines) relarguées par une cellule et reçues par une autre.
- Chez eucaryotes : La plupart des signaux communiqués aux gènes sont via des voies de transduction du signal
Le terme « signal »: réfère au ligand initiateur
Ligand initiateur: typiquement détecté par un récepteur de surface cellulaire spécifique. Ce ligand lie le domaine extracellulaire du récepteur, cette liaison communiquée au domaine intracellulaire. Ce signal est ensuite envoyé au régulateur transcriptionnel via cascade de protéines kinases (réaction en chaîne de phosphorylation).
La voie de transduction du signal STAT
La kinase (JAK (janus kinase)) est liée au domaine intracellulaire du récepteur. L’activation du récepteur par son ligand provoque le rapprochement de 2 chaines récepteurs. Cela induit les kinases de chaque chaines à phosphoryler le domaine intracellulaire du récepteur opposé.
Le site phosphorylé est reconnu par STAT qui devient elle-même phosohorylée (les protéines stats sont généralement des activateurs, mais pour agir elles doivent etre dans le noyau)
Deux moyens de d’induire la migration dans le noyau d’un régulation
- Scénario 1 : Le régulateur est maintenu dans le cytoplasme par une protéine inhibitrice ou une membrane cellulaire.
ex: Le dimère NFkB est maintenu inactifs dans le cytoplasme par IkB. La signalisation par récepteur (ligand : TNF) active la kinase IKK. IKK phosphoryle IkB, ce qui marque IkB par dégradation par voie ubiquitine et le tout libère NFkB.
- Scénario 2 : Le régulateur est dans une conformation où le signal nécessaire à son import nucléaire dissimulé.
Dans les deux cas, c’est le ligand de signalisation qui induit la migration dans le noyau (par une réaction de casacade de phosphorylation).
