génétique cours 5

Question 1

échappement du promoteur provoque quoi?

Answer 1

ARN pol quitte le promoteur et commence à transcrire

Question 2

Liaison de l’ARN pol au promoteur
comment est le complexe?

Answer 2

complexe fermé

Question 3

Ouverture du complexe entraine la ___

Answer 3

dénaturation de l’ADN

Question 4

Expression des gènes contrôlée

Answer 4

Expression des gènes contrôlée par des signaux extracellulaires
– Procaryotes = signaux par des molécules dans le milieu de culture

Question 5

Transmis aux gènes par des protéines régulatrices
– Régulateurs Positifs :
– Régulateurs Négatifs :

qu’est-ce qu’un régulateur?

Answer 5

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

Question 6

Régulation peut se faire à différentes étapes, lesquels?

Answer 6

-traductionnel
-structure des ARN

Question 7

quel est le Principal niveau de régulation?

Answer 7

initiation de la transcription, *mais la régulation n’a pas seulement lieu au niveau de l’initiation

Question 8

pourquoi la régulation chez les eucaryotes a principalement lieu à l’initiation?

pourquoi pas seulement au niveau de l’initiation?

Answer 8

*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

Question 9

Sans les protéines régulatrices, l’ARN pol se lie ___

Answer 9

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

Question 10

Répression de la transcription - Encombrement

Answer 10

répresseur se lie sur un site recouvrant en partie le promoteur
– Empêche l’ARN pol de se lier – Réprime la transcription

Question 11

Le site où se lie le répresseur sur l’ADN =

Answer 11

Le site où se lie le répresseur sur l’ADN = l’opérateur

Question 12

l’activateur permet quoi?

Answer 12

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

Question 13

Activation de la transcription - Allostérie

Answer 13

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

Question 14

La régulation positive peut se faire autrement que par recrutement ou par allostérie??

Answer 14

oui, Ex. Activateur qui permet l’échappement efficace vers l’étape d’élongation

Question 15

La régulation négative peut se faire via …

Answer 15

l’inhibition de la formation du complexe ouvert ou l’échappement du promoteur

Question 16

qu’arrive-t-il si certains régulateurs ont leurs sites de liaison distants du promoteur?

Answer 16

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

Question 17

Régulation coopérative?

Answer 17

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

Question 18

Lactose chez E coli
source principale d’énergie, de carbone?

Answer 18

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

Question 19

Opéron lac

Answer 19

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

Question 20

Promoteur
– En 5’de lac Z
– Dirige la transcription des 3 gènes

Question 21

rôle de lac Z

Answer 21

– Code pour la β- galactosidase

– Enzyme qui coupe le lactose en galactose et en glucose

Question 22

rôle de lac Y

Answer 22

Code pour la lactose perméase
– Protéine transmembranaire qui importe le lactose dans la cellule

Question 23

rôle de lac A

Answer 23

-Code pour la thiogalactoside transacétylase
– Débarrasse la cellules des thiogalactoside toxiques qui sont importés avec le lactose par la lactose perméase

Question 24

Dans quelles conditions la cellule a-t-elle besoin de produire les gènes lac?

Answer 24

en carence de glucose, en présence de lactose

Question 25

Quand produire les protéines lac? 2 protéines régulatrices impliquées?

Answer 25

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

Question 26

en absence de CAP, que se passe-t-il?

Answer 26

-ARN pol se lie faiblement sur le promoteur de lac -région -35 du promoteur non-optimale

Question 27

pourquoi les éléments UP serait absent?

Answer 27

Typique des promoteurs contrôlés par des activateurs

Question 28

Présence de CAP se lie où et fait quoi?

Answer 28

– Se lie 60 pb en amont du site d’initiation – Recrute l’ARN pol sur le promoteur – Liaison coopérative

Question 29

que fait Le domaine C-term (CTD) de la sous-unité α de l’ARN pol

Answer 29

Lie l’élément UP du promoteur (absent dans le promoteur lac)

Question 30

qu'est-ce qui est absent dans le promoteur Lac?

Answer 30

élément UP

Question 31

Dans le promoteur lac

Answer 31

Le C-term lie CAP et le site d’ADN adjacent

Question 32

la liaison d'un régulateur à l'ADN change-t-elle la structure de l'ADN?

Answer 32

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

Question 33

effet du glucose sur l'AMP cyclique? rôle de l'AMP cyclique?

Answer 33

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

Question 34

Opérateur lac c'est quoi? Comment réprime-t-il la transcription?

Answer 34

* 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

Question 35

Principe général des régulateurs bactériens?

Answer 35

– 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

Question 36

Répresseur lac structure?

Answer 36

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

Question 37

Allostérie du répresseur lac Le lactose se lie sur le répresseur lac, que se passe-t-il?

Answer 37

Induit un changement de sa conformation – Ne peut plus lier l’ADN – ne se lie plus à l’opérateur

Question 38

Les gènes gal (opéron gal)

Answer 38

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

Question 39

qui a un contrôle combinatoire?

Answer 39

CAP

Question 40

qu'est-ce que le contrôle combinatoire?

Answer 40

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

Question 41

Sous-unité σ de l’ARN pol qui reconnaît quoi?

Answer 41

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

Question 42

La majorité des promoteurs d’E coli sont reconnus par ____

Answer 42

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

Question 43

Choc thermique chez E coli entraine quoi?

Answer 43

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

Question 44

2 mécanismes qui augmentent σ32 :

Answer 44

– Stimulation de la traduction – Stabilisation transitoire de la protéine

Question 45

Bactériophage SP01 (virus qui infecte bactérie, laquelle?) Ordre d’expression des gènes du phage contrôlés par σ

Answer 45

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

Question 46

Allostérie des protéines régulatrices – Ex. lactose qui change la conformation du répresseur lac – Ex. AMPc qui change la conformation de CAP

Question 47

Allostérie provoquée par les régulateurs

Answer 47

– NtrC et MerR – Fonctionnent par allostérie plutôt que par recrutement pour activer la transcription

Question 48

**L’ARN pol liée sur le promoteur est inactive – L’activateur induit un changement allostérique de ce complexe pour le rendre actif

Question 49

NtrC (activateur)

Answer 49

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

Question 50

NtrC a une activité ____

Answer 50

ATPase fournit l’énergie nécessaire pour changer la conformation de l’ARN pol **Transition de complexe fermé stable à complexe ouvert

Question 51

MerR (activateur)

Answer 51

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

Question 52

qu'arrive-t-il en présence de mercure?

Answer 52

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

Question 53

antiactivation par quoi?

Answer 53

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)

Question 54

qu'est-ce que Bactériophage λ?

Answer 54

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

Question 55

Génome du bactériophage λ

Answer 55

* 50kb * 50 gènes – Enveloppe – Réplication de l’ADN – Recombinaison – Lyse

Question 56

Régulateurs et régions de contrôle bactériophage λ

Answer 56

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

Question 57

répresseur λ est une protéine régulatrice répresseur λ codé par quel gène? combien de domaine?

Answer 57

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

Question 58

protéine régulatrice: Protéine Cro

Answer 58

* Répresseur * 1 domaine * Lie l’ADN sous forme de dimère (hélice-coude-hélice)

Question 59

combien d'opérateurs pevent liés Répresseur λ et Cro ?

Answer 59

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

Question 60

Liaison coopérative du répresseur λ

Answer 60

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

Question 61

qui contrôlent le stage lysogène et lytique?

Answer 61

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

Question 62

Quel événement aide la transition du stade lysogène au stade lytique?

Answer 62

lorsque l'intégrité de l'hôte est affectée Quand la cellule est exposée à des agents endommageant l’ADN

Question 63

L’accumulation de dommages ou de cassures monocaténaire induit une réponse dans les E. Coli, laquelle?

Answer 63

– 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

Question 64

Régulation du répresseur λ; que survient-il s'il est en trop grande quantité ou en trop petite quantité?

Answer 64

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

Question 65

qu'est ce qui détermine le choix entre lytique et lysogène? le choix dépend de quels critères?

Answer 65

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

Question 66

cII

Answer 66

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

Question 67

Lytique vs Lysogène

Answer 67

-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

Question 68

Épigénétique Le profil d’expression des gènes vient normalement de signaux extracellulaires – Ex. lac opéron – Disparaît quand le signal est enlevé

Answer 68

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