génétique cours 6 Flashcards
transcription chez les eucaryotes est plus élaborée que chez les bactéries
Transcription par Pol II : régulée par des activateurs et répresseurs :
Protéines lient ADN qui facilitent ou empêchent initiation transcription de gènes spécifiques en réponse à signaux appropriés
Activateurs et Répresseurs
Transcription chez les eucaryotes:
Actions activateurs et répresseurs : complexifiées par caractéristiques additionnelles
- Les nucléosomes et leurs modifications
-Machinerie transcriptionnelle: présentée à un substrat partiellement masqué -Réduit expression nombreux gènes en absence protéines régulatrices - régulateurs et + grandes séquences régulatrices
Les éléments régulateurs des gènes bactériens, de levure et les gènes humains
Chez eucaryotes: Sites + nombreux
Sites + éloignés
1. Promoteur
2. Sites liaison régulateurs (individuels)
3. Séquences régulatrices (plusieurs sites)
Peuvent s’étendre sur 1000 nucléotides en amont ou en aval promoteur
Enhancers: plusieurs sites activateurs regroupés en une seule unité
Ces « actions à distance » : font intervenir boucles d’ADN »»» facilitent interaction entre protéines
qu’est-ce qu’un enhancer?
plusieurs sites activateurs regroupés en une seule unité
**Activateur lié à enhancer: peut contrôler plusieurs gènes à sa portée plutôt qu’un seul
ACTIVATION À DISTANCE SOULÈVE UN AUTRE PROBLÈME:
Activateur lié à enhancer: peut contrôler plusieurs gènes à sa portée plutôt qu’un seul;
Requiert d’autres séquences régulatrices
isolateurs ou éléments frontières (peu connus)
Situés entre enhancers et promoteurs
Bloquent activation du promoteur induite par activateurs liés à enhancer
Garantissent que activateurs ne fonctionnent pas aveuglément
isolateurs ou éléments frontières (peu connus) sont situés où?
Situés entre enhancers et promoteurs;
Bloquent activation du promoteur induite par activateurs liés à enhancer
Garantissent que activateurs ne fonctionnent pas aveuglément
Des mécanismes de la régulation transcriptionnelle conservés de la levure aux mammifères
(Pas étonnant que plupart caractéristiques de la régulation génique soient les mêmes chez tous eucaryotes )
Tous ont machinerie transcriptionnelle élaborée, nucléosomes et modificateurs
quel est l’Organisme le + accessible à des combinaisons de dissection génétique et biochimique
LEVURE
Grande partie informations sur fonctionnement des activateurs et des répresseurs vient de levure
quel est l’activateur eucaryotes le plus étudié?
Gal4; Active transcription gènes galactose chez S. cerevisiae
Gal4 est un ___
lie quoi pour quel gène?
activateur eucaryote du gène GAL1
Lie 4 sites situés 275 pb en amont de GAL1
En présence de galactose : Gal4 active transcription GAL1 +1000 fois
en présence de ____ ,Gal4 active transcription GAL1 +1000 fois
galactose
Domaines liaison ADN et d’activation Gal4 distincts: révélé par 2 expériences complémentaires :
- Expression fragment du gène GAL4 codant premier 1/3 N-terminal de l’activateur : produit protéine qui lie ADN mais n’active pas transcription = DLA
Gène hybride (3⁄4 C-terminaux Gal4 fusionnés au DLA répresseur bactérien LexA) : Protéine fusion active transcription lacZ (β-galactosidase) portant sites LexA
Domaine d’activation (DA)
on retrouve LexA chez les ____
transcription des procaryotes et des eucaryotes
vrai ou faux: montre qu’un DLA bactérien (LexA) peut remplacer un DLA eucaryote (GAL4)
vrai
Pas différence fondamentale dans façon dont DLA lient ADN et reconnaissent leurs sites
Plupart des régulateurs bactériens lient ADN sous forme de dimères
Chaque monomère insère hélice α dans > sillon ADN sur moitié du site et détecte arêtes des pb Grande majorité protéines régulatrices bactériennes : utilisent motif hélice-coude-hélice comme DLA
Motif hélice-coude-hélice:
(Motif HCH: premier DLA à être caractérisé)
établie par qui?
quel est la principe?
McKay et Steitz (1981, Nature 290:744) Pabo et Lewis (1982, Nature 298:443)
2 hélices α séparées par coude court
1ère hélice = hélice de reconnaissance: s’insère dans > sillon et reconnaît pb spécifiques
2ème hélice = crée contacts avec squelette ADN
Distinction : plusieurs régulateurs eucaryotes lient sous forme hétérodimères (AP-1) et parfois monomères (NF-I)
qu’est-ce qu’un homéodomaine?
ressemble au HCH (hélice -coude-hélice) bactérien?
Classe de DLA de type hélice-coude-hélice (HCH)
Similaire au HCH bactérien mais identifié chez les
eucaryotes (Drosophile):
Identifié dans plusieurs protéines: fonction dans
embryogenèse chez Drosophile
**Contiennent région 60 AA très conservés = homéodomaine
(HD) dont structure tridimensionnelle est de type HCH
Séquence consensus: TAATNN
Protéines à homéodomaine = soit des activateurs ou répresseurs: fonction dictée par l’homéodomaine
où retrouve-t-on des domaines à doigts de Zn?
constitué de quoi?
chaque doigt de zinc permet d’associer combien de nucléotides?
le plus commun des DLA
Initialement identifié chez TFIIIA
Constitué ≈ 30 AA parmi lesquels se trouvent 2 résidus cystéine + 2 résidus histidine
chaque doigts de zinc permet d’associer 3 nucléotides
Dans région ≈ 12 AA entre paires cystéine-histidine:
Présence résidus basiques + quelques résidus hydrophobes
Structure 30 AA se replie pour former 2 barreaux β antiparallèles suivis d’une hélice α
Activateur Sp1 = 3 structures en doigts de Zn consécutives
que contient l’activateur Sp1?
3 structures en doigts de Zn consécutives
Existe d’autres DLA qui utilisent le Zn
Zn est coordonné par 4 résidus cystéines :
Stabilisent DLA un peu différent ressemblant motif HCH
Récepteur glucocorticoïdes :
8 cystéines pouvant lier 2 atomes de zinc
Récepteur glucocorticoïdes lie combien de cystéine
8 cystéines pouvant lier 2 atomes de zinc
Une fermeture à glissière de leucines lie l’ADN
Combine surfaces de dimérisation et liaison à ADN dans même unité structurale
Région conservée ≈ 30 AAs: charge globale nettement (+)
**Suivie par région contenant leucine (4-6) séparées par intervalles de 7 résidus
Essentiel à dimérisation + capacité à lier ADN
Un segment hélice α insère dans grand sillon Dimérisation induite par autre segment de cette hélice
Forment homo- ou hétéro-dimères
Arrangement particulier des leucines: crée hélice α interface très hydrophobe
Deux protéines avec ce motif: forment structure de type ‘coiled-coil’
type ‘coiled-coil’
Le motif hélice-BOUCLE-hélice
formé de quoi?
Motif formé de 2 régions en hélice :
1. Hélice de reconnaissance ADN
2. Hélice α plus courte
Les 2 hélices : séparées par boucle flexible
Forte similarité avec motif fermeture-leucine
Possède région basique essentielle à liaison à ADN + région permettant dimérisation
Site de reconnaissance dans ADN :
12 paires de bases inversées répétées
(dimère)
Région conservée : “boîte E » = CAXXGT
Protéines impliquées dans diverses fonctions cellulaires: différentiation cellulaire (MyoD), stabilité chromosomes (CBF1/CPF1), régulation expression (CUTE, E12, E47, PHO4), prolifération cellulaire (myc)
région conservée dans le motif hélice-BOUCLE-hélice
Région conservée : “boîte E » = CAXXGT
Le domaine d’activation
Contrairement aux DLA: régions activatrices n’ont pas de …
Contrairement aux DLA: régions activatrices = pas de structures définies
À l’occasion : forment structures en hélice probablement induites par liaison ADN
Absence de structure :
En accord avec le fait que régions activatrices = surfaces « adhérentes » capable d’interagir avec plusieurs surfaces protéiques
Région activatrice Gal4 : appelée région activatrice « acide » en raison prépondérance AA acides (Mark S. Ptashne)
autres régions activatrices sans structure définie?
Régions riches en glutamine : activateur Sp1
Région riches en proline : activateur CTF1
Alors que régions activatrices acides = fortes et fonctionnent dans tous organismes eucaryotes
Autres régions activatrices = + faibles et fonctionnent de façon moins universelle
Alors que régions activatrices acides =
fortes et fonctionnent dans tous organismes eucaryotes
qui recrutent la machinerie transcriptionnelle sur les gènes
Les activateurs;
Chez bactéries : activateur stimule transcription en liant ADN par une surface et interagit avec l’ARN polymérase par une autre face
Activateurs eucaryotes : agissent aussi à peu près de cette façon
Pour un Activateur : rare établissent interaction directe avec ARN Pol: recrute polymérase indirectement
Activateurs peuvent recruter modificateurs du nucléosome = aident à l’initiation
Activateurs peuvent recruter facteurs nécessaires à initiation ou élongation par polymérase
**Activateur est donc simplement un ‘recruteur’ de protéines sur le promoteur
Beaucoup de ces protéines appartiennent à des complexes préformés : Médiateur et TFIID
*Activateur est donc simplement un ‘recruteur’ de protéines sur le promoteur
Beaucoup de ces protéines appartiennent à des complexes préformés : Médiateur et TFIID
que contient TFIID?
TBP, TAF2, TAF11, TAF1
comment se passe l’initiation de la transcription chez les eucaryotes ?
initiation de la transcription chez les eucaryotes par recrutement de la machinerie transcriptionnelle:
Activateurs interagissent avec un ou plusieurs de ces complexes et les recrutent sur les gènes
est ce que les activateurs peuvent agir à distance
oui
ex: une région acide typique d’un activateur peut interagir avec des composants du médiateur et/ou avec sous-unités TFIID
les activateurs perturbent quoi?
perturbation locale de la structure de la chromatine
Recrutement de modificateurs de nucléosomes peut aider à activer un gène empaqueté dans chromatine
2 modificateurs:
Ajoutent groupements chimiques sur queues histones: acétyltransférases des histones (HAT)
Déplacent (« remodèlent ») nucléosomes: SWI/SNF à activité ATP-dépendante
conclusion: ‘Desserrent’ ADN : Découvrent sites ADN qui seraient inaccessibles dans nucléosomes
effet de l’acétylation des queues des histones?
Acétylation : aide aussi liaison de machinerie transcriptionnelle par un autre moyen :
Crée sites liaison spécifiques sur les nucléosomes pour protéines contenant des bromodomaines
Un des composants de TFIID (TAF1/TAFII250): contient bromodomaines:
Se fixe mieux aux nucléosomes acétylés
qu’est ce qu’un bromodomaine?
partie de structure qui est capable de reconnaitre les queues acétylés des histones
Crée sites liaison spécifiques sur les nucléosomes pour protéines contenant des bromodomaines
Un des composants de TFIID (TAF1/TAFII250): contient bromodomaines:
**Se fixe mieux aux nucléosomes acétylés
tous les gènes nécessitent ARN polymérase?
oui, mais ils n’ont pas tous les memes besoins d’être transcrits
Certains composants de machinerie transcriptionnelle (+ certains modificateurs nucléosome) = Sont plus nécessaires à certains gènes qu’à d’autres
Les besoins pour activation d’un gène peuvent varier selon les circonstances
Chez levure : démontré des interactions cible-activateur particulières pour des gènes spécifiques :
Gal4 semble interagir avec 3 composants :
Médiateur – SAGA (Spt-Ada-Gcn5-acétyltransférase) – TFIID
Pour SAGA: Activité d’acétylation et capable d’interagir avec machinerie transcriptionnelle
Comme TFIID, SAGA contient des TAFs : nécessaire pour certains promoteurs en remplacement de TFIID
en condition non induite, comment est Gal4?
en condition non-induite, Gal4 est bloqué par Gal80 (le domaine d’activation AD est bloqué par Gal80)
p.33 pour le mécanisme ** en conditions induite
addition du galactose entraine expression de l’inducteur Gal3, qui modifie le complexe Gal80/Gal4
AD devient accessible et recrute SAGA
SAGA recrute TBP à boite TATA (via domaine Spt3)
résultat: active la transcription de Gal1
Les activateurs recrutent des facteurs supplémentaires nécessaires à une initiation ou à une élongation efficace sur certains promoteurs
Séquences en aval engendrent pause ou décrochage de la polymérase
Présence ou absence certains facteurs d’élongation joue sur niveau d’expression de ces gènes
ex: Gène HSP70 de Drosophile :
Activé par choc thermique + contrôlé par 2 activateurs : GAF-1 et HSF
GAF-1 : se lie à élément GATA »»» censé recruter composants de machinerie transcriptionnelle, Cependant :
En absence HSF : polymérase qui a initié transcription s’arrête 25 pb en aval du promoteur
Gène HSP70 de Drosophile :
activé comment?
contrôlé par activateurs?
activé par choc thermique
contrôlé par 2 activateurs : GAF-1 et HSF
GAF-1 : se lie à élément GATA –» censé recruter composants de machinerie transcriptionnelle
Cependant :
En absence HSF : polymérase qui a initié transcription s’arrête 25 pb en aval du promoteur
Mode de fonctionnement du promoteur Hsp70
AVANT choc thermique:
Pol II: partiellement phosphorylée Ser5 CTD
Complexée avec DSIF et NELF
En pause en aval promoteur Hsp70
GAF-1 présent avant choc thermique (HSF: +/-)
Choc thermique:
Trimérisation HSF + liaison à ses sites
Recrute protéine kinase P-TEFb (positive transcription elongation factor) sur machinerie arrêtée
Phosphoryle CTD (Ser2) + DSIF + NELF
Libère enzyme de sa niche et permet transcription du gène
où se situent les Enhancers ?
Plusieurs dizaines ou centaines de Kb
En amont ou aval des gènes
Mécanismes existent aider communication entre protéines liées à distance des promoteurs
Chez bactérie :
Un de ces mécanismes = protéine architecturale IHF
(intégration host factor)
Lie des sites ADN en courbant ce dernier En courbant ADN :
IHF aide activateur lié ADN à atteindre ARN polymérase sur promoteur
chez la drosophile comment est activé le gène cut?
quelle protéine aide au processus?
gène cut est activé à partir enhancer situé à 100 kb
Protéine (Chip/Ldb1) aide à la communication entre enhancer et le gène
*PAS CERTAIN DU FONCTIONNEMENT DE CHIP
Modèle propose Chip (comme IHF bactérien) lie multiples sites entre enhancer et promoteur
En interagissant avec elle-même: Chip forme miniboucles sur ADN
Si enhancer active un gène spécifique à 100kb: qu’est-ce qui l’empêche d’activer d’autres gènes dont les promoteurs sont situés dans le rayon d’action de l’enhancer?
Éléments désignés Isolateurs contrôlent les actions des activateurs
*Des isolateurs bloquent l’activation par des enhancers (Lorsque présent entre enhancer et promoteur)
isolateur inhibe activation du gène induite par l’activateur
N’inhibe pas activation du gène régulé par un autre enhancer placé en aval ou en amont du promoteur
Ainsi :
**Protéines lient isolateurs ne répriment pas directement promoteur ni activateurs
Bloquent communication entre-eux
Isolateurs et enhancer des gènes apolipoprotéines (APOs) humaines
quels sont les gènes et où sont-ils exprimés?
APOA1/C3/A4/A5 sur chromosome 11q23.3
foie et intestin
Essentiels au métabolisme + redistribution lipoprotéines et lipides
APOA1, APOA4 et APOA5: constituants prédominants des HDL (‘High density lipoproteins
CTCF (CCCTC-binding factor):
En association avec cohésine (Rad21/Scc1):
CTCF (CCCTC-binding factor):
En association avec cohésine (Rad21/Scc1): CTCF se lie isolateurs AC2 et AC3
Permet formation 2 boucles:
rapproche enhancer (C3E) des promoteurs (C3, A4, A5)
Bloque fonction enhancers Peut réprimer transcription
régulation par les loci LCR?
Régulation appropriée certains groupes de gènes nécessite régions de contrôle d’un locus (LCR)
Gènes globine humaine :
Exprimés globules rouges adultes et précurseurs globules rouges durant développement
5 gènes globine chez homme (epsilon, gamma G/A, delta, beta) (ILS NE SONT PAS TOUS EXPRIMÉS AU MÊME MOMENT)
Différentes étapes du développement
Chaque gène possède sa propre collection de sites régulateurs
Groupe d’éléments régulateurs: régions de contrôle d’un locus (LCR) : 30-50kb amont gènes globine
(Propriétés de promoteur, isolateurs, Enhancers)
Action synergique des activateurs pour intégrer des signaux
ça prend de nombreux signaux pour l’expression d’un gène.
Chez eucaryotes : intégration du signal
L’action de multiples activateurs devant fonctionner ensemble se fait souvent de façon synergique :
**Effet de 2 activateurs agissant ensemble est + ≻ que la somme de chacun agissant seul Synergie peut résulter :
1. Multiples activateurs recrutant un seul composant de machinerie transcriptionnelle
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
**Dans conditions où liaison de l’un dépend de liaison de l’autre = Coopérativité
qu’est ce que la coopérativité
Dans conditions où liaison de l’un dépend de liaison de l’autre = Coopérativité
Liaison coopérative d’activateurs
La liaison d’une protéine à son site (ADN): peut faciliter liaison d’une autre protéine à proximité de 4 façons (directes ou indirectes)
direct:
-Liaison coopérative via interaction directe entre 2 protéines
-2 protéines peuvent en recruter une 3ème
indirecte:
Effets indirects: liaison d’une protéine (A) sur son site aide la seconde (B) à lier son site
Levure S. cerevisiae se divise comment
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)
*Swi5 (Ø mère-spécifique) peut lier ADN sans aide / trop éloigné pour activer gène HO
Recruter modificateurs de nucléosomes (HAT+ enzyme remodelage SWI/SNF)
Agissent sur nucléosomes au niveau sites SBF
Permet à SBF de lier son site: active transcription HO en recrutant le médiateur
rôle de Swi5 :
Swi5 : lie plusieurs sites à une certaine distance du gène (+>1kb)
rôle de SBF
SBF ne peut lier ses sites sans aide : disposition sites SBF dans chromatine l’interdit
L’enhanceosome de l’interféron-β humain
Gène humain de interféron-β activé dans les cellules sous infection virale
Infection cible 3 activateurs : NF-kB, IRF et Jun/ATF (AP-1)
Lient de façon coopérative sites compactés d’un enhancer à ≈1 kb en amont promoteur
Forment structure désignée « enhanceosome »
Requiert HMGA1 (High-mobility group protein HMG-I/HMG-Y): Redresse ADN enhancer (lie ≺ sillon (A-T-riche))
Activateurs recrutent coactivateur : CBP (CREB-binding protein) ou homologue p300
Caractéristique frappante de l’enhanceosome:
Chaque pb ADN enhancer impliquée dans liaison activateurs
Explique pourquoi HMGA1 ne peut s’y lier : manque de place
Chez eucaryotes : existe des contrôles combinatoires plus vastes que chez bactéries
gène A et gène B contrôlé par qui?
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
Contrôle combinatoire: implique beaucoup plus de régulateurs et + de gènes que dans cet exemple Un activateur donné peut interagir avec de multiples cibles
Comme les activateurs, répresseurs peuvent recruter modificateurs du nucléosome
Enzymes recrutées ont effets opposés aux enzymes recrutées par activateurs
Répression du gène de levure GAL1
Gène GAL1: contient un site (entre site Gal4 et promoteur) auquel s’accroche Mig1
Glucose:
Liaison Mig1 réprime transcription de GAL1
Recrute protéine Tup1: forme un « complexe de répression »
Deux modèles répression par Tup1 :
Tup1 recrute des histone désacétylases :
désacétylent à proximité des nucléosomes
Tup1 interagit directement avec machinerie transcriptionnelle : inhibe initiation
Les signaux sont souvent communiqués aux régulateurs transcriptionnels via des voies de transduction du signal
**Expression d’un gène dépend de signaux environnementaux
communiqué comment chez la bactérie vs chez eucaryote?
Chez bactéries :
Petites molécules (sucres ou protéines) relarguées par une cellule et reçues par une autre
Chez eucaryotes :
Plupart signaux communiqués aux gènes via voies de transduction du signal
Terme « signal »: réfère au ligand initiateur
Ligand initiateur: typiquement détecté par récepteur de surface cellulaire spécifique
Ligand lie domaine extracellulaire du récepteur: liaison communiquée au domaine intra-cellulaire
Signal ensuite envoyé au régulateur transcriptionnel via cascade de protéines kinases
ensuite,
La voie de transduction du signal STAT:
Kinase (Jak (Janus kinase)) liée au domaine intracellulaire du récepteur Activation récepteur par son ligand : (cytokine)
Provoque rapprochement 2 chaînes récepteur
Induit kinases de chaque chaine à phosphoryler domaine intracellulaire du récepteur opposé Site phosphorylé: reconnu par STAT devient elle-même phosphorylée
(Signal Transducer and Activator of Transcription)
STAT dimérise et migre vers noyau pour lier ADN
Les signaux contrôlent activités des régulateurs transcriptionnels de diverses façons
Chez bactéries :
Les changements allostériques qui contrôlent régulateurs transcriptionnels: affectent leur capacité à lier ADN
Chez eucaryotes :
Régulateurs transcriptionnels en général pas contrôlés au niveau de leur liaison à l’ADN
**pour eucaryotes; Régulateurs sont plutôt contrôlés d’une des façons suivantes :
A. Une région activatrice démasquée OU TRANSPORT DANS LE NOYAU
Dû à changement conformationnel de l’activateur lié à ADN = révèle région activatrice masquée ou
relargage d’une protéine liant et masquant région activatrice
L’activateur Gal4 de levure est régulé par la protéine Gal80
Gal4 est contrôlé par protéine ______
en absence de galactose vs en présence de galactose?
Gal4 est contrôlé par protéine masquante
En absence de galactose: Gal4 lié à ses sites amont gène GAL1
Gal80: lie Gal4 et bloque sa région activatrice
en présence de Galactose:
Induit relargage Gal80 et active le gène Souvent: protéine masquante = déacétylase Répression du gène
rôle de E2F? (Inhibition de E2F par Rb)
E2F : contrôle gènes nécessaires à l’entrée en phase S du cycle cellulaire chez mammifères
Répresseur Rb (protéine du rétinoblastome) :
Contrôle activité E2F en le liant + bloque activation des gènes cibles + recrute une désacétylase
Phosphorylation de Rb : l’empêche de lier E2F
Phosphorylation de Rb : contrôle ainsi la prolifération cellulaire
Régulateurs sont plutôt contrôlés d’une des façons suivantes :
A. Une région activatrice démasquée
B. Transport dans noyau
Lorsqu’ils ne sont pas actifs: nombreux activateurs et répresseurs sont dans le cytoplasme
**Ligand de signalisation: induit migration dans le noyau
Différents scénarios; LESQUELS
Régulateur maintenu dans cytoplasme par protéine inhibitrice ou membrane cellulaire
Régulateur dans conformation où signal nécessaire à son import nucléaire dissimulé
