Régulation de l'expression génique Flashcards
Quel est l’objectif de la régulation des gènes ?
Elle permet de produire des protéines en QUANTITÉ suffisantes au MOMENT où la cellule en a besoin; en fonction du DÉVELOPPEMENT et/ou de l’ENVIRONNEMENT
Quand a lieu la régulation le plus souvent ?
Durant l’initiation de la transcription
De quoi dépend le taux de base de la régulation ?
De la force du promoteur et la sous unité sigma
Que qui se passe lorsque l’ARN se lie ?
La transition du complexe fermé vers le complexe ouvert s’effectue spontanément et la transcription commence
Chez les procaryotes, qu’est-ce qui influence la liaison de la transcriptase ?
Les facteurs de transcription spécifiques qui modifient le taux de base
Quel est le rôle du facteur sigma ?
Il reconnaît et lie les promoteurs
Vrai ou faux, différents facteurs sigma sont en compétition pour les ARN polymérases
Vrai
Sur quoi agissent les facteurs de transcription spécifique pour réguler la transcription ?
Sur le promoteur ou le facteur sigma de la polymérase
Que contrôlent les protéines régulatrices ?
L’expression génique
Que font les activateurs ?
Augmentent le taux d’expression génique
Quel est le mode d’action des activateurs ?
Liaison à l’ADN et à l’ARN pol, augmentant son affinité pour le promoteur = recrutement par liaison coopérative
Que font les répresseur/inhibiteurs ?
Empêche la transcription
Quel est le mode d’action des répresseurs/inhibiteurs ?
Liaison à l’ADN sur le site opérateur et empêche la liaison de l’ARN pol
Qu’est-ce que les activateurs et inhibiteur ont en commun ?
Agissent par interférence avec l’ARN pol
Lire
Ainsi, pour réguler ce mécanisme, il faut également réguler la présence et/ou l’activité des répresseurs et activateurs
Qu’est-ce qui est essentiel au début de la transcription ?
L’activateur se fixe et induit le changement de conformation de l’ARN pol pour ouvrir le complexe (une fois l’ARN pol fixé normalement)
Lire l’exemple activateur NtrC et la carence d’azote
glnA : Code la protéine glutamine synthétase nécessaire pour fixer NH4, consomme beaucoup d’ATP
Promoteur est reconnu/lié par l’ARNpol-sigma54 consomme beaucoup d’ATP : formation du complexe fermé stable. Tant que la cellule a assez d’azote, l’ARNpol ne bouge pas.
Manque d’azote : la protéine NtrC est phosphorylée et devient active, elle lie l’ADN en amont du promoteur et interagit directement avec sigma54 (allostérie): l’ARNpol passe en complexe ouvert
Où se trouve souvent les sites de liaison des activateurs/inhibiteurs ?
Proche du promoteur, peuvent être éloignés cependant
Qu’est-ce qui se passe lorsque les sites des liaisons des activateurs sont éloignés du promoteur ?
Rapprocher physiquement en repliant l’ADN (parfois à l’aide d’une protéine architecte)
Est-ce que l’activateur NtrC agit près ou à distance du promoteur ?
À distance
Le répresseur analogue à NtrC agit près ou à distance ?
À distance
Certains répresseurs n’empêche pas la liaison de l’ARN pol au promoteur, quel est leur mode d’action pour empêcher la transcription ?
Ils maintiennent l’ARNpol au promoteur
Comment se fait la régulation de l’expression de l’opéron arabinose ?
araC se lie sous forme de dimère aux sites l1 et l2 = active la transcription
La liaison à araO2 forme une boucle qui maintient l’ADN ce qui fait une forte répression de l’opéron
La conformation de araC change et se lie à l1 et un site distant qui n’active plus la transcription
Comment se fait la régulation de l’opéron Trp chez E. Coli ? (modèle pour la régulation des enzymes de synthèse des acides aminés)
La terminaison de la transcription est devancée lorsque la concentration de Trp est déjà élevée
Pour quoi code le début de l’opéron Trp ?
Un petit peptide de 14 aa dont 2 trp
Quelles sont les possibilités des régions qui s’assemblent pour former la structure de la tige/boucle ?
1: 1-2 et 3-4
2: 2-3 (1 et 4 restent libre)
Qu’est-ce qui se passe lorsque la région 2 est transcrite ?
Elle forme une tige/boucle avec la région 1
Qu’est-ce qui se passe une fois la tige/boucle formée ?
Cette structure provoque un arrêt de l’ARN pol. Pendant ce temps, la traduction du peptide leader est initiée
Comment se passe la traduction de l’opéron Trp si le Trp est disponible dans son cytoplasme ? (4)
1 : Incorporé au peptide (trpL)
2 : Le ribosome poursuit la traduction du trpL jusqu’au codon stop, défait la structure 1-2 et se détache
3 : L’ARN pol reprend son travail et la transcription se poursuit jusqu’au région 3 et 4. Encore une fois, un tige/boucle se forme en 3 et 4.
4 : Lé région 4 est suivie d’une séquence de 8 U : terminaison intrinsèque de la transcription
Comment se passe la traduction de l’opéron Trp s’il n’y a pas de Trp disponible dans le cytoplasme ? (4)
1 : Le ribosome s’arrête aux 2 codons UGG de trpL. Pour se rendre à ces 2 codons, il défait la tige/boucle 1-2 reste bloqué sur la région 1.
2 : La transcription se poursuit et les régions 2 et 3 forment tige/boucle
3: La régoin 3 n’est donc plus disponible pour former la boucle de terminaison avec la région 4 et la transcription se poursuit : l’opéron est transcrit au complet.
Vrai ou faux, tous les mécanismes de régulation agissent durant l’initiation de transcription.
Faux, certains mécanismes de régulation n’agissent pas au début de la transcription, mais sur l’ARNm en élongation ou complété
Que sont les sARN ?
Séquences de 80-110 pb codées par de petits gènes, qui s’apparient avec des séquences complémentaires sur les ARNm
Quels sont les rôles des sARN ?
Entraînent la dégradation des ARNm (recrutent les endo/exonucléases)
Inhibent la traduction (en cachant le site RBS)
Stimulent la traduction (en libérant le site RBS)
Est-ce que la méthode du ribocommutateur (riboswitch) est récente ou ancienne au niveau de l’évolution ?
La plus ancienne, très commun chez les procaryotes
Qu’est-ce qu’un ribocommutateur ?
Il s’agit d’une structure secondaire (aptamère) dans la partie 5’ de l’ARN stabilisée par la liaison d’un métabolite ou autre molécule spécifique
Est-ce que l’ARN lui même détecte la présence ou l’absence de la molécule nécessaire au ribocommutateur ?
Oui
Que peut on dire à propos de la relation entre la structure secondaire et la concentration du métabolite ?
Elle est sensible
Où se trouve généralement la région formant la structure secondaire du ribocommutateur ?
Le signal de terminaison de la transcription ou d’une région RBS (début de la traduction)
La formation ou non de la structure secondaire, soumise à la présence du métabolite, va déterminer quoi ?
L’expression du gène soit en induisant la terminaison de la transcription, soit en empêchant le ribosome de se fixer.
Les ribocommutateurs peuvent faire une régulation positive ou négative, qu’est-ce que cela signifie ?
Positive = la molécule permet la transcription
Négative = la molécule empêche la transcription
Comment fonctionne le blocage de la traduction par les ribocommutateurs (régulation négative) ?
Lorsque le métabolite est en assez grande concentration, il lie la séquence RBS à une séquence complémentaire libre ce qui forme une tige/boucle qui empêche le ribosome de s’associer avec l’ARN
Quelle est l’étape la plus sensible à la régulation, même s’il est admis que toutes les étapes peuvent être soumise à la régulation ?
L’initiation
Rappel : avec quoi est régulée l’initiation ?
Des activateurs et inhibiteurs
Quel est le rôle des nucléosomes dans la régulation ?
Peuvent être plus ou moins modifié pour laisser des régions plus ou moins accessibles pour la transcription
Lire
Les gènes eucaryotes possèdent plusieurs séquences régulatrices et sont typiquement contrôlés par plusieurs protéines régulatrices
Qu’est-ce que l’amplificateur (enhancer) ?
Séquence d’ADN qui fixe les facteurs régulateurs de transcription, ce qui a pour conséquence d’augmenter la transcription de gènes situés en aval ou en amont. Les enhancers peuvent agir à une grande distance des gènes.
Qu’est-ce qu’un isolateur (insulator) ?
Élément spécifique d’ADN contrôlant l’action des facteurs régulateurs. Situé entre un enhancer et promoteur basal, un isolateur inhibe l’activation du gène induite par l’activateur.
Lire
Les sites de liaison des régulateurs de transcription ne sont pas nécessairement de manière homogène dans les promoteurs
Que sont les gènes rapporteurs ?
Un gène qui code pour la protéine dont la présence se mesure facilement, souvent une enzyme nécessaire pour la protéine. La fusion du promoteur étudié au gène promoteur.
C’est une partie en amont du gène que si on enlève, on voit la transcription diminué drastiquement
Que permet le remplacement de blocs d’ADN dans un promoteur ?
Permet la caractérisation des blocs impliqués dans la régulation
À quoi sert la mutation de nucléotides spécifiques ?
Permet de caractériser spécifiquement les motifs impliqués
Revoir diapositive 21
Les eucaryotes ont différents domaines capables de reconnaître l’ADN, à quoi ressemble la majorité d’entre eux ?
Une hélice qui s’insère dans le sillon majeur
De quoi est constitué l’homéodomaine ?
De plusieurs hélices
Comment fonctionne l’homéodomaine ?
Une hélice reconnait la séquence d’ADN dans le sillon majeur et les autres servent à un bon positionnement. Souvent 2 homéodomaines travaillent en équipe = hétérodimères (un effet combinatoire: reconnaissance d’une séquence plus longue et plus variable)
Comment fonctionne le doigt de zinc ?
Il utilise un atome de zinc pour stabiliser l’hélice alpha qui s’insère dans le sillon majeur de l’ADN. Une protéine régulatrice peut contenir plusieurs doigts de zinc l’un à la suite de l’autre, allongeant d’autant la séquence d’ADN reconnue.
Comment fonctionne l’agrafe à leucine
Elle est formée de 2 hélices alpha qui s’insèrent dans les sillons majeurs voisins. Ayant des leucines, ces régions se collent ensemble pour faire des interactions hydrophobes.
Comment fonctionne l’hélice-boucle-hélice ?
Ressemble à l’agrafe à leucine, mais elle est formée par 4 hélices alpha qui sont reliés 2 à 2 via une région relâchée (la boucle) et ensemble par des régions à leucine.
Que permet l’hétérodimérisation ?
Augmente les possibilités de séquences régulatrices
Lire
De plus, la liaison d’un monomère activateur avec un inhibiteur. L’inhibiteur profite du motif de reconnaissance de l’ADN de l’activateur
Qu’est-ce que Isl1 ?
Un facteur de transcription essentiel à la différentiation des cellules souches en cellules neuronales
En fonction de l’interaction de Isl1 avec Lhx3 ou Phox2, les cellules se différencieront en neurones moteurs spinaux ou crâniens.
Caractéristiques des domaines activateurs.
Forment plutôt des surfaces adhésives capable d’interagir avec plusieurs protéines.
Habituellement définis sur la base de leur contenue en aa
Vrai ou faux, les activateurs agissent souvent directement sur l’ARN pol.
Faux, rarement
Mode d’action des activateurs. (2)
Recruter indirectement la polymérase à travers le complexe initiateur ou des facteurs généraux de la transcription
Recruter des facteurs de modifications des histones qui altèrent la chromatine pour permettre l’accès à des sites de liaison sur l’ADN
Comment agissent des répresseurs ? (3)
1 : Interférer avec les activateurs (compétition pour la liaison)
2 : Interagir avec le complexe d’initiation et empêcher la transcription
3 : Compacter la chromatine et rendre les gènes inaccessibles
Que sont les isolateurs ?
Protéines de liaison à l’ADN qui collaborent à l’organisation du génome en domaines transcriptionnels distincts en s’associant à des séquences précises un peu partout dans le génome
Lire
Certaines protéines se lient à l’ADN sur des régions situées entre un promoteur et son activateur
Empêchent l’activateur d’agir sur un promoteur, mais sans directement inhiber l’un ou l’autre
Un moyen de spécifier quel promoteur activer si un activateur se trouve proche de 2 promoteurs
Revoir diapo 27
Qu’est-ce que le CCCTC-binding factor (ou CTFCF) ?
Empêche de fermer la chromatine et ainsi la grade ouverte (image diapo 28)
Comment est-ce que l’ajout d’un CH3 sur une histone affecte la transcription ?
Provoque la répression de la transcription. La queue méthylée recrute des protéines responsables de la formation d’hétérochromatine
Comment est-ce que l’ajout d’acétyle ou du P affecte la transcription ?
Neutralise une charge positive de l’histone et elle interagit moins bien avec l’ADN qui peut ainsi être déroulé plus facilement
Par quoi sont recruté les histone-acétyl-transférases ?
Par des activateurs
Que permet aussi l’acétylation ?
Le recrutement de facteurs spécifiques
Comment fonctionne le recrutement des facteurs spécifiques par l’acétylation ? (3)
1: L’addition d’un groupement acétyle peut créer un site de liaison pour des protéines contenant des bromodomaines
2: Un bromodomaine est un motif de 4 hélices alpha capable de s’attacher sur els histones acétylées
3: Une des sous-unités de TFIID contient un bromodomaine, et donc TFIID peut se lier plus facilement à un promoteur située sur un nucléosome acétylé
Caractéristiques des complexes remodeleurs de la chromatine. (4)
1: Recrutés par les facteurs de transcription
2: Les activateurs recrutent les complexes remodeleurs qui déroulent la chromatine
3: Besoin d’ATP: l’énergie est utilisée pour la redistribution des liens entre l’ADN et les histones
4: Les nucléosomes sont tenus par des liens non-covalents (H et ioniques) et peuvent être déplacés ou leur ADN déroulé légèrement par glissement
Qu’est-ce que le processus d’extinction des gènes ?
Certains gènes sont maintenus silencieux par méthylation de l’ADN de leur région promotrice. De grandes portions du génome peuvent ainsi marquées par méthylation et l’ADN des régions hétérochromatiques est souvent méthylé
Pourquoi est-ce que les gènes méthylés sont impossible à transcrire 6
Les séquences méthylées sont reconnues par des protéines spécifiques qui recrutent à leur tour des histones désacétylases et des histones méthylase : formation de l’hétérochromatine et la région devient impossible à transcrire.
Les méthylations de l’ADN sont importantes pour les lignées cellulaires, pourquoi ?
Elles sont maintenues durant les mitoses et ainsi influencent toutes les lignées cellulaires
Qu’est-ce qui se passe avec les méthylation durant la réplication de l’ADN ?
Les méthylases reconnaissent ces ADN mi-méthylés et ajoutent un groupement méthyle au C du brin complémentaire.
Qu’est-ce que l’empreinte génétique ?
Le phénomène où une des deux copies est gardée silencieuse par méthylation (se décide durant la formation des gamètes)
Vrai ou faux, un même facteur peut agit sur plusieurs gènes et la majorité des gènes eucaryotes sont sous le contrôle de multiples éléments.
Vrai
Vrai ou faux, différentes combinaisons de facteurs assurent le contrôle et la coordination de l’ensemble des gènes
Vrai
Qu’est-ce que le contrôle combinatoire ?
Des groupes de gènes peuvent être sous le contrôle d’un même élément et avoir une régulation spécifique pour chacun d’entre eux
Qu’est-ce que l’intégration du signal ?
Deux conditions (ou plus) sont nécessaires pour obtenir la pleine expression
Comment s’effectue le contrôle combinatoire des gènes de la globine (hémoglobine) ? (4)
1: Gènes regroupés dans le génome (un locus)
2: Chacun n’est exprimé qu’à un moment précis du développement
3: Tous sont sous le contrôle de la région LCR (locus control region), qui contient des éléments activateurs, inhibiteurs ou isolateurs.
4: La liaison de ces protéines LCR aide à dérouler localement la chromatine pour accéder aux gènes
Aller voir la diapositive 37
Comment fonctionne la chaîne régulatrice et le gène HO chez S. cerevisiae ?
Le gène HO ne s’exprime que lorsque levure bourgeonne, et seulement chez la cellule mère. Ce gène est sous le contrôle des protéines SW15 et SBF, qui lient des multiples sites sur la chromatine.
Quand SW15 se lie à ses sites de liaison, il recrute un complexe de remodelage de la chromatine.
Les sites de liaison pour SBF sont ainsi révélés. SBF peut se lier et recrute directement le complexe médiateur. Ce dernier interagit avec l’ARN pol et la transcription débute.
Comment fonctionne la chaîne régulatrice et le gène B-interféron humain ?
Le gène du B-interféron ne s’exprime que lors d’une infection virale.
L’infection active des protéines qui se lient à l’ADN. Cette liaison forme une structure appelée enhancéosome. HMG-I lie au complexe et aide à l’activation de la transcription repliant l’ADN, ce qui rapproche les éléments de l’enhancéosome.
Comment sont interceptés les signaux hydrophiles par la cellule ?
Par les récepteurs membranaires
Comment sont interceptés les signaux hydrophobes par la cellule ?
Sont pris par des récepteurs nucléaires
Que sont les hormones stéroïdiennes
Les hormones stéroïdiennes sont un groupe de composés liposolubles qui peuvent influencer directement l’activité d’une famille de facteurs de transcription
Lire
Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription et partagent une structure commune
- 1 domaine variable
- 1 domaine de liaison à l’ADN (doigt de zinc)
- 1 domaine de liaison à l’hormone qui est un domaine activateur de la transcription
Dans certains cas, ce domaine agit comme un domaine répresseur en absence de son hormone
Caractéristiques des récepteurs nucléaires hétérodimériques. (3)
1: Sont localisés exclusivement dans le noyau
2: En l’absence de leur hormone, se lient à l’ADN et agissent comme répresseurs
3: Lorsque leur hormone pénètre dans le noyau, la structure de leur domaine activateur est modifiée, et ils activent la transcription
Caractéristiques des récepteurs nucléaires homodimériques. (3)
1: Sont localisés dans le cytoplasme en absence de leur hormone spécifique.
2: La liaison de l’hormone induit la transcription du complexe à l’intérieur du noyau
3: Une fois dans le noyau, le récepteur peut se lier à l’ADN et induire la transcription de gènes spécifiques
À partir de quoi sont produits les siARN ?
À partir d’un ARN double brin provenant de la cellule ou de l’extérieur (virus)
À quoi servent les siARN ?
L’enzyme Dicer est une RNase qui reconnaît et digère les ARN double brin en fragments en fragments d’un vingtaine de nt.
Ces petits ARN (siARN) sont pris en charge par le complexe protéique RISC qui dénature l’ARN pour produire de courtes séquences simple brin.
Cette conversation active RISC et le dirige vers les séquences sur l’ARNm complémentaires à siARN.
Selon le cas, il peut bloquer la traduction ou l’amplifier.
RISC peut agir aussi en remodelant la chromatine
Lire diapo 49
Lire diapo 50
