génétique cours 5 Flashcards
échappement du promoteur provoque quoi?
ARN pol quitte le promoteur et commence à transcrire
Liaison de l’ARN pol au promoteur
comment est le complexe?
complexe fermé
Ouverture du complexe entraine la ___
dénaturation de l’ADN
Expression des gènes contrôlée
Expression des gènes contrôlée par des signaux extracellulaires
– Procaryotes = signaux par des molécules dans le milieu de culture
Transmis aux gènes par des protéines régulatrices
– Régulateurs Positifs :
– Régulateurs Négatifs :
qu’est-ce qu’un régulateur?
Régulateurs Positifs – Activateurs
– Régulateurs Négatifs – Répresseurs
Régulateurs
– Protéines qui reconnaissent des sites situés près (ou dans) des gènes et s’y lient pour contrôler leur expression
Régulation peut se faire à différentes étapes, lesquels?
-traductionnel
-structure des ARN
quel est le Principal niveau de régulation?
initiation de la transcription, *mais la régulation n’a pas seulement lieu au niveau de l’initiation
pourquoi la régulation chez les eucaryotes a principalement lieu à l’initiation?
pourquoi pas seulement au niveau de l’initiation?
*Pourquoi principalement à l’initiation?
– Coût en énergie et en ressource
* Transcrire un gène qui ne servira pas…
– Plus facile au niveau de l’ADN
* Un seul promoteur sur une seule molécule d’ADN doit être régulé
* Traduction – implique de nombreuses molécules d’ARNm codant pour le gène à réguler
*Pourquoi pas seulement au niveau de l’initiation?
– 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
Sans les protéines régulatrices, l’ARN pol se lie ___
Sans les protéines régulatrices, l’ARN pol se lie sur les promoteurs avec une faible affinité
– La liaison amène la transition en complexe ouvert
– Initiation de la transcription
* Étape limitante:
– Liaison de l’ARN pol
Répression de la transcription - Encombrement
répresseur se lie sur un site recouvrant en partie le promoteur
– Empêche l’ARN pol de se lier – Réprime la transcription
Le site où se lie le répresseur sur l’ADN =
Le site où se lie le répresseur sur l’ADN = l’opérateur
l’activateur permet quoi?
L’activateur aide l’ARN pol à se fixer à son promoteur
– L’activateur se lie sur un site proche du promoteur (site de liaison de l’activateur)
– Interagit avec l’ARN pol pour le rapprocher du promoteur
– Mécanisme de recrutement
* C’est un exemple de liaison coopérative
Activation de la transcription - Allostérie
Allostérie
– Veut dire « autre forme »
– Change la structure de la protéine après liaison d’un ligand sur un site régulateur
**Étape limitante = transition de fermé vers ouvert
*Allostérie peut également se faire sur le régulateur
– 2 conformations du régulateur
* 1 liant l’ADN – actif
* 1 ne pouvant pas lier l’ADN - inactif
La régulation positive peut se faire autrement que par recrutement ou par allostérie??
oui, Ex. Activateur qui permet l’échappement efficace vers l’étape d’élongation
La régulation négative peut se faire via …
l’inhibition de la formation du complexe ouvert ou l’échappement du promoteur
qu’arrive-t-il si certains régulateurs ont leurs sites de liaison distants du promoteur?
L’ADN forme ainsi une boucle pour rapprocher les deux sites de liaison
– Peut aller jusqu’à >1kb
Des protéines peuvent se lier entre le régulateur et le promoteur pour aider à courber l’ADN
Régulation coopérative?
Des groupes de régulateurs peuvent se lier de façon coopérative
– 2 ou + régulateurs interagissent:
* Entre eux – liaison protéine/protéine
* Avec l’ADN – liaison ADN/protéine
– Certains gènes sont actifs lorsque plusieurs régulateurs sont présents simultanément
Lactose chez E coli
source principale d’énergie, de carbone?
Source primaire d’énergie (carbone) pour les procaryotes – (PLAN A: Glucose (monosaccharide)
*Si l’environnement manque de glucose, la bactérie se trouve une autre source de carbone (PLAN B)
– Ex. Lactose (disaccharide) qu’il convertit en glucose et galactose
Opéron lac
3 gènes lac adjacents sur le gènome d’E coli
– lacZ, lacY et lacA
– Transcription donne un seul ARNm qui contient les 3 gènes * Polycistronique
– Traduit en 3 protéines
Promoteur
– En 5’de lac Z
– Dirige la transcription des 3 gènes
rôle de lac Z
– Code pour la β- galactosidase
– Enzyme qui coupe le lactose en galactose et en glucose
rôle de lac Y
Code pour la lactose perméase
– Protéine transmembranaire qui importe le lactose dans la cellule
rôle de lac A
-Code pour la thiogalactoside transacétylase
– Débarrasse la cellules des thiogalactoside toxiques qui sont importés avec le lactose par la lactose perméase
Dans quelles conditions la cellule a-t-elle besoin de produire les gènes lac?
en carence de glucose, en présence de lactose
Quand produire les protéines lac?
2 protéines régulatrices impliquées?
Ces protéines sont produites sous 2 conditions: – Carence en glucose
– Présence de lactose
2 protéines régulatrices impliquées?
– CAP – un activateur
* SeliesurlesiteCAP
* Transmetlesignalduglucose
– Répresseur lac – un répresseur
* Codé par lacI
* Seliesurl’opérateur
* Transmetlesignaldulactose
en absence de CAP, que se passe-t-il?
-ARN pol se lie faiblement sur le promoteur de lac
-région -35 du promoteur non-optimale
pourquoi les éléments UP serait absent?
Typique des promoteurs contrôlés par des activateurs
Présence de CAP
se lie où et fait quoi?
– Se lie 60 pb en amont du site d’initiation
– Recrute l’ARN pol sur le promoteur
– Liaison coopérative
que fait Le domaine C-term (CTD) de la sous-unité α de l’ARN pol
Lie l’élément UP du promoteur (absent dans le promoteur lac)
qu’est-ce qui est absent dans le promoteur Lac?
élément UP
Dans le promoteur lac
Le C-term lie CAP et le site d’ADN adjacent
la liaison d’un régulateur à l’ADN change-t-elle la structure de l’ADN?
Normalement, la liaison d’un régulateur à l’ADN ne change pas la structure de l’ADN
CAP induit une torsion de l’ADN qui s’enveloppe autours d’elle
effet du glucose sur l’AMP cyclique?
rôle de l’AMP cyclique?
Le glucose diminue la concentration cellulaire d’AMPc
rôle de l’AMP cyclique?
– Effet allostérique de CAP
– CAP doit lier l’AMPc pour que sa conformation soit adéquate
**diminuation de glucose = aug. AMPc — CAP se lie et active les gènes lac
Opérateur lac c’est quoi?
Comment réprime-t-il la transcription?
- Site de liaison du répresseur lac
- Séquence de 21 pb
- Symétrique
- Reconnu par 2 sous-unités du répresseur lac
Comment réprime-t-il la transcription?
– Recouvre une partie du promoteur
– Empêche physiquement l’ARN pol d’interagir avec le promoteur
Principe général des régulateurs bactériens?
– Se lie sous forme d’homodimères
– Chaque monomère se lie sur chaque demi-site
– La reconnaissance des séquences spécifiques d’ADN se fait par
une structure secondaire – hélice-coude-hélice * 2 hélices α:
* 1 hélice de reconnaissance
– S’insère dans le grand sillon
* 1 hélice qui se positionne en travers du grand sillon et interagit avec le squelette d’ADN
– Stabilise et positionne correctement l’hélice de reconnaissance
Répresseur lac structure?
Tétramère et non dimère
– Chaque opérateur lac est en contact avec 2 sous-unités
– Les 2 monomères restant vont se lier sur l’un des 2 autres opérateurs distants
* 400 pb en aval et 90 pb en amont de l’opérateur primaire
Allostérie du répresseur lac
Le lactose se lie sur le répresseur lac, que se passe-t-il?
Induit un changement de sa conformation
– Ne peut plus lier l’ADN – ne se lie plus à l’opérateur
Les gènes gal (opéron gal)
Codent pour les enzymes impliquées dans le métabolisme du
galactose
– Exprimés lorsque le galactose est présent et que le glucose est
absent
– 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
– Contrôle combinatoire
qui a un contrôle combinatoire?
CAP
qu’est-ce que le contrôle combinatoire?
Caractéristique de la régulation des gènes
* Quand le même signal (ex. pénurie de glucose) contrôle plusieurs gènes (ex. lac et gal), il est normalement communiqué par le même régulateur (ex. CAP)
* Régulateur communique un signal commun (ex. CAP) et l’autre signal est amené par un régulateur spécifique de gène (ex. galR pour gal et le répresseur lac pour lac)
* Également utilisé par les organismes plus complexes – eucaryotes
Sous-unité σ de l’ARN pol qui reconnaît quoi?
le promoteur
La majorité des promoteurs d’E coli sont reconnus par σ70 – Ex. lac
– Mais σ70 peut être remplacé par plusieurs autres σ pour diriger l’ARN pol vers d’autres promoteurs
La majorité des promoteurs d’E coli sont reconnus par ____
La majorité des promoteurs d’E coli sont reconnus par σ70 – Ex. lac
– Mais σ70 peut être remplacé par plusieurs autres σ pour diriger l’ARN pol vers d’autres promoteurs
Choc thermique chez E coli entraine quoi?
augmentation de σ32
σ32 remplace σ70 dans plusieurs ARN pol
– Dirige ces ARN pol vers la transcription de gènes qui protègent la cellule des effets du choc thermique
2 mécanismes qui augmentent σ32 :
– Stimulation de la traduction
– Stabilisation transitoire de la protéine
Bactériophage SP01 (virus qui infecte bactérie, laquelle?)
Ordre d’expression des gènes du phage contrôlés par σ
infecte Bacillus subtilis – croissance lytique
Ordre d’expression des gènes du phage contrôlés par σ:
1 – L’ARN pol bactérienne (σ70) reconnaît les promoteurs précoces du phage nécessaires au début de l’infection
2- Un des gènes à gène σ28
3- l’ARN pol σ28 dirige la transcription des promoteurs intermédiaires 4- Un des gènes intermédiaireàσ34
5- L’ARN pol σ34 dirige l’expression des gènes tardifs
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
NtrC (activateur)
NtrC (activateur)
Le gène glnA est transcrit par l’ARN pol σ54
* ARN pol σ54 lie le promoteur de glnA sous forme de
complexe fermé stable
* 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
– êazote à phosphorylation de NtrC par NtrB à 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
– NtrC active l’ARN pol
- ARN pol σ54 lie le promoteur de glnA sous forme de complexe fermé stable
- NtrC (phosphorylé) lie le site de liaison de l’activateur de glnA et interagit avec l’ARN pol σ54
- 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
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 (activateur)
MerR lie une séquence entre -10 et -35 du promoteur de merT
– Distance entre -10 et -35 de 19pb au lieu des 15-17 pb classiques – L’ARNpolσ70selie,maisnonoptimalàpasdetranscription
qu’arrive-t-il en présence de mercure?
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
antiactivation par quoi?
Promoteur qui dirige l’expression des gènes pour le métabolisme de l’arabinose
Présence d’arabinose et absence de glucose
2 activateurs = CAP et AraC
AraC (régresser en absence d’arabinose)
qu’est-ce que Bactériophage λ?
Virus qui infecte E coli
Lytique
– Nécessite la réplication de l’ADN
– Synthèse de nouvelles protéines d’enveloppe
* Lysogène
– Intégration de l’ADN du phage dans le chromosome bactérien – Répliqué à chaque division cellulaire
– Prophage – stage dormant
* Induction lysogène
– Passage de l’état lysogène à lytique
– Quand la cellule est exposée à des
agents endommageant l’ADN
Génome du bactériophage λ
- 50kb
- 50 gènes
– Enveloppe
– Réplication de l’ADN
– Recombinaison
– Lyse
Régulateurs et régions de contrôle bactériophage λ
2 gènes (cI et cro)
3 promoteurs PR, PL et PRM
Promoteur PRM
– Transcrit seulement le gène cI
– Promoteur faible – nécessite la liaison d’un activateur en amont
Promoteur PR, PL
– Tous les autres gènes sont directement ou indirectement transcrits via PR et PL.
– Promoteurs forts, constitutifs
– N’ont pas besoin d’activateurs
répresseur λ est une protéine régulatrice
répresseur λ codé par quel gène?
combien de domaine?
Codé par le gène cI
2 domaines reliés par une région flexible
– Domaine de liaison à l’ADN en N-term (hélice-coude-hélice)
– Domaine de dimérisation en C-term
Répresseur et activateur
– Répresseur
* Sa liaison sur un promoteur empêche
l’ARN pol de s’y fixer
– Activateur
* Par recrutement (comme CAP)
via sa région d’activation en N-term
protéine régulatrice:
Protéine Cro
- Répresseur
- 1 domaine
- Lie l’ADN sous forme de dimère (hélice-coude-hélice)
combien d’opérateurs pevent liés Répresseur λ et Cro ?
Répresseur λ et Cro peuvent lier les 6 opérateurs avec des affinités différentes
- 3 opérateurs dans la région contrôle de gauche - 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
- affinités différentes
Liaison coopérative du répresseur λ
C-term du répresseur λ
– Formation du dimère
– Formation du tétramère
2 dimères de répresseur λ se lie de façon coopérative sur des sites adjacents d’ADN
– Affinité du répresseur λ est optimale sur OR1 – La liaison sur OR1 favorise la liaison sur OR2
* Le répresseur λ se lie ainsi sur 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 par le contact avec un 3ème dimère sur le site adjacent
qui contrôlent le stage lysogène et lytique?
Répresseur λ et Cro contrôlent le stage lysogène et lytique
Lysogène:
– Répresseur λ se lie sur OR1 et OR2
* Empêche la fixation de l’ARN pol sur PR
– Le répresseur λ lié à OR2 active la transcription à partir de PRM
Lytique:
– 1dimèredeCroselieàOR3
* Recouvre PRM et ainsi, réprime ce promoteur (encombrement) – L’ARN pol se lie à PR et PL et transcrit les gènes lytiques
* PR et PL sont des promoteurs forts et n’ont pas besoin d’activateurs
Quel événement aide la transition du stade lysogène au stade lytique?
lorsque l’intégrité de l’hôte est affectée
Quand la cellule est exposée à des
agents endommageant l’ADN
L’accumulation de dommages ou de cassures monocaténaire induit une réponse dans les E. Coli, laquelle?
– Réponse SOS
– La réponse SOS va induire la production de protéines de réparation qui ne sont pas présentes normalement
Mécanisme général:
– Les lésions provoquent une destruction d’un répresseur de transcription (LexA)
* LexA réprime les gènes impliqués dans la réponse SOS. – La disparition de LexA active la réponse SOS
*Les dommages induits à l’ADN amène l’activation de RecA
Le répresseur λ ressemble à LexA
– RecA dégrade donc également le répresseur λ lors de la réponse SOS
Le répresseur λ clivé
– Ne peut plus lier OR1 et OR2
– Induction de la transcription de PR et PL – croissance lytique
– Production de Cro qui lie OR3
* Empêche la liaison du répresseur λ * Rend l’induction irréversible
Régulation du répresseur λ;
que survient-il s’il est en trop grande quantité ou en trop petite quantité?
La quantité de répresseur λ doit être régulé finement
– 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 (p.68-69)
autorégulation positive
autorégulation négative: Autorégulation négative
* PRM est activé par les répresseur λ (sur OR2) pour produire du répresseur λ via cI
* Si la concentration du répresseur λ devient trop forte, il fixe aussi OR3 et réprime PRM
qu’est ce qui détermine le choix entre lytique et lysogène?
le choix dépend de quels critères?
Événements précoces de l’infection déterminent le choix entre lytique et lysogène
Choix dépend de 2 protéines: cII et cIII – cII transcrit à partir de PR
– cIII transcrit à partir de PL
cII
cII
Activateur cII
* Activateur transcriptionnel
* Lie un site en amont du promoteur PRE (promoteur faible) – Stimule la transcription de cI (Répresseur λ)
* cI peut être transcrit à partir de 2 promoteurs (PRE et PRM)
* Le répresseur λ peut s’autoréguler positivement via OR1 et OR2 sur le promoteur PRM, mais il faut un niveau basal
– La quantité initiale est obtenue par le promoteur PRE activé par cII
Lytique vs Lysogène
-1 phage ou moins par bactérie – lytique
* 2 phages ou plus par bactérie – lysogénique
aug. de phage entrant – aug. de transcrit à partir de PR – aug. cII
– 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
* Peu de bactérieàpeu de cellules hôtes disponibles pour le cycle d’infection suivant
– Préfère aller en stade dormant plutôt que de risquer de ne pas trouver de cellules à infecter
Épigénétique
Le profil d’expression des gènes vient normalement de signaux extracellulaires
– Ex. lac opéron
– Disparaît quand le signal est enlevé
Parfois, certains gènes doivent rester allumés dans plusieurs générations de cellules
– Même si le signal n’est plus présent
Épigénétique:
– Hérédité (cellulaire) des profils d’expression géniques en absence de mutation et de signal initiateur
