II- 2 Régulation de l’expression des gènes codant les protéines chez les eucaryotes. Flashcards
ARN et ADN : différences ?
- polymères de nucléotides reliés par des liaisons phosphodiester
- ARN habituellement moncaténaires : un seul brin nucléotidiques. De courtes régions d’un même brin d’ARN peuvent néanmoins s’apparier et former des structures secondaires
Le sucre constituant les nucléotides de l’ARN est le ribote et non le désoxyribose → fragilité des ARN en condition alcaline
La base thymine est remplacée par l’gracile quo forme des liaisons hydrogène avec l’adénine - les autres bases azotées sont les mêmes.
L’ARN peut posséder une activité enzymatique = ribozyme.
Différents types d’ARN
Les ARN messagers (ARNm) sont les porteurs du message génétique d’un gène donné codant pour une protéine données (pouvant exister sous plusieurs isoformes → épissage)
Les pré-ARNm sont les précurseurs de ces ARNm et doivent subir des modifications avant d’être traduits en protéines.
Les ARN ribosomaux (ARNr) font le lien entre la séquence nucléotidique de l’ARNm et la séquence protéique.
Les petits ARN de transfert font le lien entre la séquence nucléotidique de l’ARNm et la séquence protéique.
Les petits ARN nucléaires se combinent à des protéines pour former des ribonucléoprotéines (RNP) dont certaines participent à la maturation des pré-ARNm.
Les petites molécules d’ARN appelés micro-ARN ou petits ARN interférents jouent un rôle dans un mécanisme de régulation de l’expression génique appelé ARN interférence.
Expression des gènes
La transcription correspond à la synthèse d’une molécule d’ARN, appelée transcrit, à partir d’une matrice d’ADN. La synthèse de l’ARN se déroule toujours dans le sens 5’-3’.
La transcription repose sir l’appariement complémentaire des bases. Un seul des 2 brins constitue la matrice de transcription = brin matrice (complémentaire). La séquence d’ARN est donc la réplique du brin non matrice qui est appelé brin codant (mis à part les T remplacés par des U)
Transcription des gènes
INITIATION
- L’ARN polymérase se fixe sur une zone de l’ADN appelée séquence promotrice ou promoteur, située en amont du gène (extrémité 5’UTR = untranslated Région).
☞ Sa fixation se fait via des complexes multiprotéiques appelés facteurs généraux de transcription (GTF) qui reconnaissaent ces séquences promotrices.
☞ Une protéine de liaison à l’ADN appelée TBP (TATA Binding Protein) se fixe à une séquence canonique appelée boîte TATA à -30pb du site d’initiation de la transcription → formation du complexe de pré-initiation.
- La séquence du promoteur permet à l’ADN polymérase de reconnaître le brin qui doit être transcrit et le sens de la transcription.
- Le site d’initiation de la transcription est fixé par la localisation des séquences canoniques qui permettent de positionner le site actif de l’ARN polymérase.
- Pour initier la synthèse d’ARN, l’ARN polymérase apparie la base du site d’initiation avec un ribonucléotide triphosphate, aucune amorce n’est nécessaire.
Une fois l’initiation effectuée, l’ARN polymérase se dissocie des GTF qui restent au niveau du promoteur pour recruter d’autres ARN polymérases II.
ELONGATION
La double hélice d’ADN se déroule au fur et à mesure de l’avancement de l’ARN polymérase. La région d’ADN maintenue sous forme simple brin (environ 18 nucléotide) est appelée bulle de transcription.
Les ARN polymérises n’ont pas d’activité de correction des erreurs commises sur les ARN contrairement aux ADN polymérases. ⚠
Elle assemble les nucléotides d’ARN au fur et à mesure que leurs bases s’apparient avec le brin artisans (= brin matrice de l’ADN)
TERMINAISON
La transcription se déroule au-delà de la séquence du gène, créant une région non traduite au 3’UTR. La fin de la transcription nécessite un signal de terminaison. Il s’agit d’une séquence conservée AAUAAA ou AUUAAA, l’extrémité de l’ARN est couplée à 20 bases en aval.
Maturation des ARNm
Il s’agit de modifications co- ou post-transcriptionnelles intervenant avant la traduction chez les organismes eucaryotes. Le transcrit primaire ou pré-ARNm devient alors un ARNm ou ARN mature.
MATURATION DES EXTREMITES 5’ et 3’
- addition d’une coiffe (camping) a lieu lors de la synthèse dARN, elle est dite co-transcriptionnelle = ajout d’un nucléotide supplémentaire méthyle (7-méthulguanosine) à l’extrémité 5’ lié par 3 groupements phosphates.
☞ la coiffe protège l’ARNm de la dégradation et joue un rôle dans l’initiation de la traduction
La polyadénylation correspond à l’ajout d’une séquence d’environ 50-250 nucléotides A (queue poly A) au niveau de l’extrémité 3’.
☞ la queue poly A stabilise les ARNm en augmentant leur durée de vie et leur traduction : attachement de protéines protégeant de la dégradation enzymatique, rôle facilitateur pour l’attachement aux ribosomes.
EPISSAGE
- la majorité des gènes eucaryotes contient des introns qui sont des séquences transcrites non codantes, localisées entre les exons qui sont les régions codantes.
☞ L’épissage permet l’excision des introns et l’assemblage continu des axons. L’épissage est un processus co-transcriptionnel.
L’épissage alternatif désigne le fait qu’un même transcrit primaire peut donner naissance à plusieurs protéines différentes via un assemblage différents des axons. Cet épiage alternatif peut varier d’un type cellulaire à l’autre, ou au sein d’un même type cellulaire à des stades de développement différents.
Traduction de l’ARNm en protéines :
généralités ? acteurs ? étapes ?
• Code génétique et protéines
Les protéines sont constituées de chaînes polypeptides d’acides aminés. La séquence protéique est appelée structure primaire.Il existe 20 AA dans le monde du vivant. La liaison peptique s’effectue entre l’extrémité amine d’un AA et l’extrémité carbonyle d’un autre AA/
Le code est dégénéré : certains AA correspondent à plusieurs codons différents.
Le codon d’initiation ↑ code pour une méthionine, les codons UAG, UGA, UAA ne spécifie pas d’AA, ce sont des codons stop ou codon de terminaison.
La lecture du code génétique se fait dans un cadre de lecture bougeant par triplet, toute délétion ou insertion non multiple de 3 modifie le cadre de lecture et donc toute la séquence pepetidique en aval.
• Acteurs de la tarduction
L’ARNt est une molécule adaptatrice qui reconnait un codon au niveau de l’ARNm (via une séquence anticodon) et possède un site de fixation pour l’AA correspondant. Cette double fonction permet le transfert du bon AA AA à la chaine polypeptidique en cours de synthèse.
La fixation de l’AA sur l’ARNt se fait par l’action d’une monoacyl-ARNt synthétase. A chaque AA correspond une synthétase spécifique qui fixe l’AA sur l’ARNt adéquat.
Les ribosome sont des organises cytoplasmiques constitués d’ARN et de protéines. Ils sont composés de 2 sous-unités assemblés (60S et 40S chez les eucaryotes)
Il existe 2 sites de liaisons pour les ARNt :
- le site A pour aminoacyl fixe un ARNt chargé
- le site P pour peptidyl contient l’ARNt auquel est fixé la chaîne polypeptidique en cours de synthèse.
- le site E pour exit contient un ARNt qui ne porte plus d’AA (ARNt désacétylé)
• Etapes de la traduction
1) Amorçage
Des facteurs d’amorçage contenus dans la petite sous-unité du ribosome reconnaissent la coiffe de l’ARNm. La petite sous-unité balaie ensuite la séquence d’ARNm jusqu’à tomber sur le premier AUG qui serait le codon d’initiation.
2) Elongation
- L’aminocyl-ARNt forme un complexe avec le facteur protéique d’élongation Tu (EF-Tu) et entre dans le site A où l’anti codon de l’ARNt s’apparie avec le codon suivant l’ARNm.
- La 2e étape est la formation d’une liaison peptidique entre les AA portés par les ARNt situé dans les sites A et P. L’ARNt exposition P est libéré de son AA. Le ribosome se déplace ensuite le long de l’ARNm. Les ARNt toujours appariés à leur codon se déplace d’un site à l’autre, le site A, vide es prêt à recevoir un nouveau ARNt.
3) Terminaison
La synthèse s’arrête lorsque le ribosome atteint un des 3 codons stop. ce ne sont pas les ARN mais les protéines de repartage qui reconnaissent ces codons stop. Le polypeptide est libéré depuis l’ARNt présent dans le site P et les sous-unités ribosomales se dissocient
Régulation de l’expression des gènes
Chez les eucaryotes pluricellulaires, la régulation de l’expression des gènes est nécessaire pour assurer l’homéostasie au niveau cellulaire et à l’échelle de l’organisme. De même, les étapes de développement et de spécification tissulaire repose sur une expression différentielle des gènes.
Il existe différentsniveaux de régulation.
- régulation épigénétique
- régulation transcriptionnelle
- régulation par maturation et dégradation de l’ARNm
- régulation traditionnelle out post-traductionnelle
Régulation épigénétique
La régulation de l’expression des gènes par changement de structure de la chromatine est propre aux espèces eucaryotes.
Globalement, une structure compacte de la chromatine réprime l’expression des gènes par manque d’accessibilité de la machinerie de transcription et des activateurs.
→ Modification des histones
Les queues des histones chargées +, (interaction avec les P du squelette de l’ADN), peuvent être modifiées par l’addition réversible de groupement phosphate, méthyle ou acétyle. Plus de 150 modifications covalences répertoriées qui forment le code des histones affectant l’expression des gènes.
La méthylation d’une queue d’histone peut activer ou réprimer la transcription selon l’AA modifié. L’acétylation des histones est en général un signal activateur de la transcription.
→ Remodelage de la chromatine
Certains facteurs de transcription modifient directement la structure de la chromatine sans modifier les histones. ces complexes de remodelage repositionnent les nucléosomes pour permettre aux facteurs de transcription de se lier à l’ADN.
→ Méthylation de l’ADN
La méthylation directe des bases cytosines de l’ADN en 5-méthylcytosine a un rôle régresser sur la transcription en empêchant la fixation des facteurs de transcription. Les cytosines ne sont méthyle que si elles sont suivies d’une guanine (CpG). Il s’agit d’un mécanisme différent dela méthylation des histones.
Régulation transcriptionnelle
Niveau de régulation important chez les eucaryotes.
Intervention d’un nombre important de protéines régulatrices et d’éléments régulateurs.
Les facteurs généraux de transcription s’associent à l’ARN polymérase II et se lient à un promoteur banal directement en amont du gène. Des activateurs de transcription supplémentaires sont nécessaires pour atteindre un niveau de transcription optimal. ces activateurs se lient à un promoteur proximal et à des sites d’activation ou enhancers parfois très distants du gène.
D’autres protéines régulatrices int un rôle répresseurs en se liant au promoteur ou à des séquences plus éloignées (silences). Leur action se fait par compétition avec les facteurs activateurs.
L’activité des sites de régulation éloignés du gène est possible grâce à des bouces dans l’ADN qui rapproche le site d’activation du promoteur. En revanche, une séquence isolateur peut bloquer l’effet d’un site activateur sur un promoteur quand elle se trouve entre les deux.
Certains groupes de gènes répondent de manière coordonnée au même stimulus car leurs promoteurs ou leurs sites d’activations possèdent des séquences régulatrices communes.
Régulation par maturation et dégradation de l’ARNm
- Excision/épissage
L’épissage alternatif permet de former différentes protéines à partir d’un même transcrit primaire. Ces isoformes diffèrent en fonction du tissu considéré ou stade de développement cellulaire. - Dégradation de l’ARNm
La quantité de protéines dépend du taux d’ARNm qui lui-même est lié au taux de transcription et à la dégradation de l’ARNm. La stabilité des ARm varie de q minutes à plusieurs mois. La coiffe et la queue poly A sont des facteurs stabilisateurs
Le raccourcissement de la queue poly A entraîne l’élimination de la coiffe et la dégradation des l’ARNm; Certaines séquences canoniques des ARNm semblent être responsables d’une courte durée de vie. - ARN interférence
Le mécanisme d’ARN interférence interviendrait dans la régulation de l’expression de près de 30% des gènes humaines. Ce mécanisme met en oeuvre de petits ARN : les microARN (ARNmi) ou les petits ARN interférents (ARNPi) qui diffèrent par leur origine et leur mode d’action.
L’enzyme Dicer fragmente et mature un ARN double brin pour produire ces ARN d’une longueur d’un peu plus de 20 nt. Ces ARN s’associent à des protéines pour formes un complexe de silençage induit par l’ARN (RISC).
L’ARN du c complexe s’apparie à des séquences d’ARNm spécifiques. 3 mécanismes distincts permettent alors l’interférence :
• le clivage d’ARNm : induit la dégradation de l’ARNm
• l’inhibition de la traduction : par appariement avec une séquence complémentaire
• le silençage transcriptionnel : formation du complexe RITS (RNA-Induced Transcriptional Silencing) → liaison à une séquence complémentaire sur l’ADN ou sur l’ARN en cours de transcription. → puis attire des méthylases d’histones qui répriment la transcription
Régulation traditionnelle ou post-traductionnelle
L’initiation de la traduction de certains ARNm est régulée par des protéines se liant à la partie 5’UTF qui inhibent l’attachement aux ribosomes.
De nombreuses protéines subissent des modifications post-traductionnelles par le clivage sélectif de certains AA aux extrémités, par acylation, ou par l’addiction de groupement phosphate, carbonyle, méthyle ou sucres? Ces modifications ont un effet sur le transport, la fonction et l’activité des protéines et régulent leur expression phénotypique.
