Intro à la transcription Flashcards
Différences entre réplication & transcription
− Réplication
=> Le génome entier est copié pendant la réplication, à chaque cycle cellulaire
=> Les deux brins d’ADN sont répliqués
=> Thymine est complémentaire de l’adénine dans l’ADN
=> Il y a des fonctions de corrections performantes durant la réplication
=>La totalité du génome est copié 1 et 1 seule fois à chaque division cellulaire
=> La réplication d’ADN est catalysée par l’ADN polymérase via une amorce et polymérise en 5’ vers le 3’. Utilise comme matrice l’ADN, nécessité de dénaturation locale
=> Les deoxyribonucléotides sont utilisés pour la synthèse
d’ADN
− Transcription
=> Seulement des portions du génome sont transcrites en ARN. Unité de transcription ou gènes
=> 1 seul des 2 brins est transcrit – tout dépend dans quel sens le promoteur l’oriente…la transcription est asymétrique.
=> L’uracile est complémentaire de l’adénine dans l’ARN
=> Seules 2 fonctions correctrices intrinsèques à l’ARN
polymérase, moins performantes
=> Plusieurs copies d’ARN sont transcrites. Amplification du
message
=> La synthèse d’ARN est catalysée par une ARN polymérase
sans amorce et polymérise en 5’ vers le 3’. Utilise comme matrice l’ADN, nécessité de dénaturation local
=> Les ribonucléotides sont utilisés pour la synthèse d’ARN
brin matrice / non matrice
− Le brin non matrice
est aussi appelé brin
codant ou brin sens:
sa séquence est
parallèle et identique à celle de l’ARNm
(T dans l’ADN est
remplacée par U dans
l’ARN)
− Le brin matrice qui est transcrit en ARN est aussi
appelé brin non codant ou brin antisens:
sa séquence est antiparallèle et complémentaire à celle de l’ARN.
Compositions ARN polymérases
Les ARN polymérases sont composées de sous-unités multiples
* Les régions internes sont responsables de la synthèse d’ARN – régions très conservées
* Les régions externes sont impliquées dans des interactions protéine/protéine ou protéine/ADN
– régions moins conservées
Activité polymérases
- synthèse monotonique (un nucléotide à la fois) dans le sens
5’ 3’ - nécessité d’une matrice d’ADN
- complémentarité
- enzyme extrêmement processive
- nécessité de 2 ions métalliques :
un Mg++ situé en permanence dans le site catalytique
un second Mg++ est introduit avec chaque nucléotide et est
libéré avec le pyrophosphate - vitesse d’élongation : 20 à 25 nt/sec
- Pas besoin d’amorce ARN, mais synthèse d’une courte
amorce (9 nt) - amorce abortive : amorce qui est dégradée en continu tant
qu’elle ne s’hybride pas correctement aux 9 premiers
résidus de nucléotides - difficulté : fixer le premier nucléotide
Les ARN polymérases ont différentes régions :
- Un canal d’entrée d’ADN double brin
- Un canal de sortie d’ADN double brin
- Un canal d’entrée des NTP
- Un canal de sortie de l’ARN
Mécanisme de l’activité polymérase
- L’ARN polymérase avance sur le brin matrice, ajoutant les NMP à l’extrémité 3’OH de la chaine en cours de synthèse.
- Dans la bulle de transcription, l’ARN naissant et l’ADN matrice forment un hétéro-duplex sur 12-14 pb. Devant l’hybride
ADN/ARN, il y a 3 bases désappariées de l’ADN. - L’ADN entre et ressort sous forme de double hélice via les canaux d’entrée et de sortie de l’ADN, d’où la formation de
super-enroulement positif et négatif en aval et en amont de l’ARN polymérase, respectivement. Des topoisomérases
interviennent pour relâcher ces structures. - Les brins codant et transcrit suivent des canaux différents dans l’ARN polymérase.
- Au fur et à mesure de la progression de l’ARN polymérase (élongation), l’ARN nouvellement synthétisé se sépare de l’ADN via son canal de sortie, de manière à toujours avoir 12-14 nucléotides appariés dans la bulle de transcription
Structure d’un gène chez les Eubactéries
− opéron : unité fonctionnelle contenant un promoteur et sa séquence régulatrice qui vont diriger l’expression de plusieurs cadres de lectures (ORF = Open Reading Frame)
− Promoteur (cis-éléments)
=> TATA box en −10
=> core promoter en −35
− Séquence transcrite en ARN
=> RBS (ribosome Binding Sequence) ou séquence de Shine-Dalgarno en 5’UTR (séquence non traduite)
=> Cadres de lectures (ORF) : unité fonctionnelle commençant avec un codon start (ATG ou GTG ou TTG) et finissant par un codon stop (TAA ou TAG ou TGA)
1) Une seule ARN polymérase pour les eubactéries
- Formée de 5 sous-unités = 2 sous-unités alpha α + 1 sous-unité béta β + 1 sous-unité β’ + 1 sous-unité oméga ω = core enzyme
- Association avec le facteur sigma σ = Holoenzyme
- Reconnaissance du promoteur par le facteur σ
Les promoteurs des eubactéries
- Sont les séquences en amont des séquences codant l’ARN (annotées en négatives, à partir du −1)
- Contiennent des séquences « cis » qui interagissent avec l’ARN polymérase
- Les promoteurs donnent la localisation et la direction du point de départ pour la transcription. Ils
imposent le sens et le brin à transcrire. - Ils peuvent varier en composition et en longueur. Mais présentent des caractéristiques communes.
− séquences consensus = séquences optimales pour un gène
− un promoteur fort permet une transcription à débit élevé
=> nécessite un facteur σ reconnaissant une séquence consensus
=> + cette séquence est proche d’une séquence consensus + le promoteur est fort
=> la distance optimale entre les régions −10 et −35 est de 15-17 pb
=> Plus la distance s’approche de cette valeur, plus le promoteur est fort.
3) Les séquences codant pour des ARN pour les eubactéries
- ORF Open Reading Frame, ou cadre de lecteur
- Obtention d’ARN monocistronique −> une protéine
ou d’ARN polycistronique −> plusieurs protéines - Opéron = unité fonctionnelle de la transcription qui possède plusieurs gènes sous le contrôle
d’un même promoteur et du même opérateur. Elle est régulée par un régulateur, codé par un gène indépendant de l’opéron. - Ces gènes sont souvent impliqués dans la même voie métabolique.
4) Le terminateur pour les eubactéries
- Séquences qui indiquent à l’ARN polymérase de stopper la synthèse d’ARN et de quitter l’ADN
- Terminateur Rho-dépendant
- Terminateur Rho-indépendant
Structure d’un gène eucaryote
− Séquences
régulatrices
−Core promoteur
− Site d’initiation de
la transcription +1
− Codon start : ATG
− Gène mosaïque : alternance introns exons
− Codon stop : TAA, TAG, TGA
−Signal de fin de transcription
3 ARN polymérases chez les eucaryotes
− ARN pol 1 : dans le nucléole
=> transcrit les ARNr (sauf l’ARNr 5S)
=> gènes de classe 1
− ARN pol 3 : dans le nucléoplasme
=> transcrit ARNt, ARNr 5S, U6 ARNsn
=> gènes de classe 3
− ARN pol 2 :dans nucléoplasme
=> transcrit hnRNA/ARNm, ARNsn et ARNsno, ARNmi
=> gènes de classe 2
− ARN polymérase IV: transcription de l’ADN mitochondrial
3 ARN polymérases eucaryotes - structure
− Nombreuses caractéristiques
communes :
- Forme en pince de crabe
- « centre catalytique » formé par β/β’ et RPB1/RPB2 situé à la base de la pince
- Différentes canaux : ADN, ARN, nucléotides
- Les 3 ARN polymérases ont 5 sous-unités principales
qui présentent des homologies avec les sous-unités
α, β, β’ et ω de l’ARN polymérase de E. coli. - Les ARN polymérases I et III possèdent les 2 mêmes
sous-unités non identiques qui ressemblent aux
sous-unités α des bactéries, tandis que l’ARN pol II a
2 copies identiques d’une autre sous-unité qui
ressemble à la sous-unité α. - Les 3 polymérases partagent 4 autres sous-unités
communes. En plus, chaque ARN pol contient 3 à 7
sous-unités plus petites. - La plus large sous-unité de l’ARN pol II (RPB1)
possède un domaine C-terminal (CTD) essentiel avec
27 (levure) à 52 (Humain) répétitions de
l’héptapeptide (YSPTSPS). - La phosphorylation du CTD est importante pour la
transcription et la maturation de l’ARNm.
Les promoteurs reconnus par l’ARN polymérase II
Le core promoteur 40 à 60pb avec des
éléments cis :
- TATA box ou si gène TATA-less alors présence de Downstream promoter element (DPE)
- Toujours présence de Initiateur (Inr) et Downstream core element (DCE)
- TFIIB Recognition element (BRE)
− GTF ( facteurs généraux de transcription) escortent la transcription en permanence ( facteurs trans)
=> TFII-A, B, E et D viennent se fixer sur le core promoteur
− La reconnaissance tissulaire se fait via les promoteurs proximaux et distaux
=> via des facteurs de transcription inductibles, activés, dégradés, …
− En fonction de la présence d’activateurs ou de répresseurs, recrutement ou non de cofacteurs qui donnent le feu vert à la transcription
hn RNA
heteronuclear RNA = ARNm immature
sn RNA
small nuclear ARN : utile lors de l’épissage
sno RNA
small nucleolear RNA : utile pour la maturation des ARNr
miRNA
micro ARN : utile pour la régulation / dégradation des ARNm
maturation des ARNm
− ajout de la coiffe en 5’
− poly adénylation en 3’ = queue poly-A (non présent dans l’ADN)
− épissage (excision des introns
Les ARN messagers (ARNm)
- Ils portent le code exécutable qui sera traduit en protéines
- Dans les cellules de mammifères, ils représentent 1-5% des ARN totaux
- Des ARNm abondants : 1000 à 10.000 molécules par cellule (10% des ARNm)
- Des ARNm moyennement abondants : 100 à 1000 molécules par cellule (10% des ARNm)
- Des ARNm faiblement exprimés : 1 à 100 molécules par cellule (la plupart des gènes)
- 1 ARNm peut être traduit plusieurs fois, d’où une phénomène d’amplification
−> Chez les procaryotes : ARNm mono ou polycistronique
−> Chez les eucaryotes : ARNm uniquement monocistronique
− Par contre chez eukaryote, possibilité d’épissage alternatif:
=> épissage normal = seulement excision des introns
=> épissage alternatif = excisions des introns + excisions de certains exons
=> traduction de protéines isoformes (= protéines ayant le même ARNm)
Les ARN ribosomiaux (ARNr)
Les ARN ribosomiaux (ARNr)
- Constituent en association avec des protéines, les ribosomes, la machinerie à traduire l’ARNm
en protéine
- Dans les cellules de mammifères, ils représentent 80% des ARN totaux (ARNr 18S, 28S, 5.8 S et 5S)
- Adoptent des structures en 2- et en 3-dimensions
Les ARN de transfert (ARNt)
- Se lient aux acides aminés
- Adoptent des structures en 2- et en 3-dimensions
=>Structure IIre en feuille de trèfle
=> Structure IIIre en forme de « L » inversé - Dans les cellules de mammifères, ils représentent 15% des ARN totaux
Les petits ARN non codant
− uniquement chez les eucaryotes
- snRNA (small nuclear RNA), impliqués dans l’épissage de l’ARNm, associés à des protéines pour former les snRNP (small nuclear ribonucléoprotéines).
=> U1 à U6 : Retrouvés dans l’organisation du splicéosome. Ensemble, ils catalysent les réactions d’excision des introns et le recollage des exons
−snoRNA (small nucleolar RNA), impliqués dans la maturation des ARNr.
−miRNA (micro RNA) ou ARN interférents, double brins, impliqués dans la régulation post-
transcriptionnelle des ARNm ou de leur traduction, transcrits par l’ARN pol II et pol III
=> Homologies avec les siRNA (small interfering RNA) synthétiques
