Régulation de l’expression génique (procaryotes)

Question 1

Que permet la régulation de l’expression des gènes?

Answer 1

La régulation de l’expression des gènes permet de produire les protéines en quantités suffisantes au moment où la cellule en a besoin; en fonction du développement et/ou de l’environnement.

Question 2

Quand a lieu la régulation?

Answer 2

Souvent, la régulation a lieu durant l’initiation de la transcription

Question 3

Qu’est-ce que le taux de base de la transcription? De quoi dépend-il (2)?

Answer 3

Taux de base de la transcription (combien d’ARNm transcrites/ unité de temps)

Le taux de base dépend de la force du promoteur (à quel point il est proche du consensus) et de la sous-unité σ associée à l’ARN pol.

Question 4

Que se passe-t-il lorsque l’ARN pol se lie?

Answer 4

Lorsque l’ARN pol se lie, la transition du complexe fermé vers le complexe ouvert s’effectue spontanément et la transcription commence.

Question 5

Promoteur fort vs promoteur faible (affinité de l’ARN polymérase et taux de transcription).

Answer 5

Promoteur fort :
- Forte affinité de l’ARN polymérase
- Taux de transcription élevé

Promoteur faible :
- Faible affinité de l’ARN polymérase
- Taux de transcription bas

Question 6

La liaison de la transcriptase est influencée par quoi?

Answer 6

La liaison de la transcriptase est influencée par les facteurs de transcription spécifiques (≠ facteurs de transcription généraux) qui modifient le taux de base.

—> Les activateurs et les inhibiteurs

Question 7

Rôle du facteur σ

Answer 7

o Le facteur σ reconnait et lie les promoteurs : Le σ70 est le plus commun, mais il existe d’autres facteurs alternatifs spécifiques à certains gènes (reconnaissent d’autres promoteurs que promoteur-σ70).

o Différents facteurs σ sont en compétition pour les ARN polymérases : La quantité de chacun reflète les priorités de la cellule (en fonction de son environnement).

Question 8

Sur quoi peuvent agir les facteurs de transcription spécifiques (3)?

Answer 8

Les facteurs de transcription spécifiques peuvent agir sur un promoteur donné et/ou sur un facteur σ donné et/ou sur l’ARN pol.

Question 9

Que contrôlent les protéines régulatrices?

Answer 9

Les protéines régulatrices contrôlent l’expression génique : Elles lient l’ADN à des sites spécifiques, souvent à proximité des gènes qu’ils contrôlent.

Question 10

Activateurs vs inhibiteurs

Answer 10

o Les activateurs augmentent le taux d’expression génique Liaison à l’ADN et à l’ARN pol, augmentant son affinité pour le promoteur = recrutement par liaison coopérative.

o les répresseurs/inhibiteurs empêchent la transcription. Liaison à l’ADN sur le site opérateur (à l’intérieur du promoteur) et empêche la liaison de l’ARN pol.

• Les deux agissent par interférence avec l’ARN pol

Question 11

Quand peut commencer la transcription? Qu’est-ce qui est nécessaire?

Answer 11

o L’ARN pol se fixe normalement au promoteur, mais ne peut faire la transition vers le complexe ouvert (étape devrait se faire spontanément, mais avec certains promoteurs et facteurs σ, l’ARN pol a besoin de l’aide).

o La transcription ne peut commencer que lorsque l’activateur se fixe et induit le changement de conformation de l’ARN pol pour ouvrir le complexe.

Question 12

Expliquer l’exemple de l’activateur NtrC et la carence d’azote.

Answer 12

• glnA: Code la protéine glutamine synthétase nécessaire pour fixer NH4, consomme beaucoup d’ATP.
• Promoteur est reconnu/lié par l’ARNpol- σ54 consomme beaucoup d’ATP. : formation d’un complexe fermé stable. Tant que la cellule a assez de N, 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 σ54 (allostérie): l’ARNpol passe en complexe ouvert.

Question 13

Vrai ou faux : Souvent les sites de liaison des répresseurs et activateurs sont éloignés des promoteurs.

Answer 13

Faux : Souvent les sites de liaison des répresseurs et activateurs sont voisins des promoteurs.

—> Ils peuvent, cependant, être relativement éloignés.

Question 14

Qu’est-ce qui doit être fait si les sites de liaison des répresseurs et activateurs sont éloignés des promoteurs?

Answer 14

Rapprocher physiquement en repliant l’ADN (parfois à l’aide d’une protéine «architecte»).

Question 15

L’activateur NtrC agit proche ou à distance?

Answer 15

L’activateur NtrC, agit à distance (son site de liaison est 150 pb en amont du promoteur).

• Un répresseur peut aussi agir à distance.

Question 16

Que signifie rétention de l’ARN Pol?

Answer 16

Rétention de l’ARN pol : Certains répresseurs maintiennent l’ARN pol au promoteur plutôt que d’empêcher sa liaison.

—> Antiactivation

Question 17

Expliquer l’exemple de l’opéron arabinose.

Answer 17

L’opéron arabinose (gènes nécessaires pour métaboliser le sucre arabinose).

• araC se lie sous forme de dimère aux sites I1 et I2. La transcription est activée (recrutement de l’ARNpol par la moitié de l’araC qui se trouve sur I2).
• la liaison à araO2 forme une boucle dans l’ADN, ce qui maintient une forte répression de l’opéron
• la conformation du dimère AraC change: un monomère reste lié à I1 et le second se lie à un site distant, araO2. La transcription n’est pas activée.

Question 18

Vrai ou faux : La régulation de la transcription ne peut pas s’effectuer à d’autres étapes que l’initiation.

Answer 18

Faux : La régulation de la transcription peut s’effectuer à d’autres étapes que l’initiation:

Question 19

La plupart des gènes impliqués dans la synthèse des acides aminés chez E. coli sont régulés
par _________________. Principes similaires au mécanisme de _______________.

Answer 19

• un mécanisme d’atténuation
• terminaison intrinsèque

Question 20

Expliquer l’exemple d’atténuation de l’opéron tryptophane.

Answer 20

Fonction : L’opéron Trp assure l’expression des enzymes nécessaires à la synthèse de tryptophane.

Objectif : devancer la terminaison de la transcription lorsque la concentration de tryptophane est déjà élevée.

o Au début de l’opéron trpL.
—> C’est un cadre de lecture ouvert (ORF) codant un petit peptide de 14 aa dont 2 tryptophanes.
—> Le début de l’ARN de trpL possède 4 régions qui peuvent former des structures tige/boucle (régions 1 à 4).
o Deux possibilités:
- 1-2 et 3-4
- 2-3 (1 et 4 restent libres).

Lorsque la région 2 est transcrite, elle forme une tige/boucle avec la région 1.

• Cette structure provoque un arrêt de l’ARN pol. Pendant ce temps, la traduction du peptide leader est initiée (traduction co-transcriptionnelle).

Question 21

Qu’est-ce qui se passe si le tryptophane est disponible dans son cytoplasme?

Answer 21

• Incorporé au peptide (trpL).
• Le ribosome poursuit la traduction du trpL jusqu’au codon stop, défait la structure 1-2 et se détache.
• L’ARN pol reprend son travail et la transcription se poursuit jusqu’aux régions 3 et 4. Encore une fois, une tige/boucle se forme entre 3 et 4.
• La région 4 est suivie d’une séquence de 8 U : terminaison stop (intrinsèque) de la transcription.

—> L’opéron trp n’est donc pas produit en présence de tryptophane.

Question 22

Qu’est-ce qui se passe s’il n’y a pas de tryptophane disponible dans le cytoplasme?

Answer 22

• le ribosome s’arrête aux 2 codons UGG de trpL. Pour se rendre à ces 2 codons, il défait la tige boucle 1-2 et reste bloqué sur la région 1.
• La transcription se poursuit et les régions 2 et 3 forment tige/boucle.
• La région 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.

Question 23

Certains mécanismes de régulation n’agissent pas au début de la transcription, mais sur __________.

Answer 23

l’ARNm en élongation ou complété.

Question 24

Que sont les sARN?

Answer 24

Séquences de 80-110 pb codées par de petits gènes, qui s’apparient avec des séquences complémentaires sur les ARNm.

Question 25

Quels sont les rôles des sARN (3)?

Answer 25

Selon le cas :

o Entraînent la dégradation des ARNm (recrutent les endo/exonucléases)

o Inhibent la traduction (en cachant le site RBS)

o Stimulent la traduction (en libérant le site RBS)

Question 26

Quelle est la plus ancienne méthode de contrôle de l’expression des gènes?

Answer 26

La ribocommutateurs

Question 27

Chez qui existe la ribbocummutateurs?

Answer 27

Très communs chez les procaryotes, existence chez les eucaryotes est suspectée.

Question 28

Qu’est-ce qu’un ribocommutateur?

Answer 28

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.

—> Donc l’ARN lui-même détecte la présence ou l’absence de la molécule.

Question 29

À quoi est sensible la formation de la structure secondaire du ribocommutateur?

Answer 29

La formation de la structure secondaire est sensible à la concentration du métabolite concerné.

Question 30

En général, la région formant la structure secondaire de la riboswitch se trouve à proximité de quoi?

Answer 30

En général, la région formant la structure secondaire de la riboswitch se trouve à proximité d’un signal de terminaison de la transcription ou d’une région RBS (début de traduction).

Question 31

Qu’est-ce qui va déterminer l’expression du gène?

Answer 31

La formation ou non de la structure secondaire, soumise à la présence du métabolite, va donc déterminer l’expression du gène, soit en induisant la terminaison de la transcription, soit en empêchant le ribosome de se fixer.

—> La structure alternative adoptée par la séquence leader selon la présence ou l’absence d’un métabolite

Question 32

Qui est responsable du blocage de a traduction? Comment?

Answer 32

Blocage de la traduction: la liaison de la séquence RBS à une séquence complémentaire libre forme une tige boucle qui empêche le ribosome de s’associer à l’ARN.

Question 33

Qu’arrive-t-il avec le ribocommutateur dans sa forme sans métabolite vs avec métabolite?

Answer 33

Forme sans métabolite :
Faut en produire: traduction de l’ARNm qui code pour les enzymes nécessaires

Forme avec métabolite :
Assez de métabolite, donc ARNm non traduit)