Régulation de la transcription chez les procaryotes Flashcards

Question

Quels sont les différents gènes lac? Pour quoi codent-ils?

Answer 1

lacZ (principale, car importante) – Code pour la β- galactosidase – Enzyme qui coupe le lactose en galactose et en glucose lacY – Code pour la lactose perméase (qui fait des trous dans la cellule pour permettre au lactose d’y entrer plus rapidement) – Protéine transmembranaire qui importe le lactose dans la cellule lacA – Code pour la thiogalactoside transacétylase – Débarrasse la cellules des thiogalactoside toxiques (ressemblent au lactose) qui sont importés avec le lactose par la lactose perméase

Answer 2

Quand il n’y a pas de glucose dans son espace extra-cellulaire. Doit avoir du lactose dans l’espace extracellulaire.

Answer 3

2 protéines régulatrices impliquées – CAP (un activateur) qui se lie sur le site CAP en absence de glucose et transmet le signal du glucose. – Répresseur lac (un répresseur) qui se lie sur l’opérateur en absence de lactose. Il est codé par lacI et transmet le signal du lactose.

Answer 4

Présence de glucose et présence de lactose : niveau basal de la transcription, donc peu d’opéron lac produit, car il n’y a pas d’activateurs présents. Présence de glucose et absence de lactose : un répresseur se lie sur l’opérateur, donc pas d’opéron lac produit. Absence de glucose et présence de lactose : présence d’un activateur, donc production de plusieurs d’opérons lac. Absence de glucose et absence de lactose : l’activateur et l’inhibiteur sont tous les deux liés à leurs sites, cela fait en sorte que la polymérase ne peut pas se lier et ne peut pas transcrire les opérons lac.

Answer 5

Absence de CAP – L’ARN pol se lie faiblement sur le promoteur de lac – Région -35 du promoteur non optimale Élément UP absent (CAP agit comme UP) – Typique des promoteurs contrôlés par des activateurs Présence de CAP – Se lie 60 pb en amont du site d’initiation – Recrute l’ARN pol sur le promoteur – Liaison coopérative

Answer 6

Le domaine C-term (CTD) de la sous-unité α de l’ARN pol lie l’élément UP du promoteur (absent dans le promoteur lac) Dans le promoteur lac – Le C-term (CTD) lie CAP et le site d’ADN adjacent

Answer 7

Normalement, la liaison d’un régulateur à l’ADN ne change pas la structure de l’ADN CAP induit une torsion de l’ADN qui s’enveloppe autours d’elle

Answer 8

Le glucose diminue la concentration cellulaire d’AMPc = CAP inactif L’AMPc – Effet allostérique de CAP – CAP doit lier l’AMPc pour que sa conformation soit adéquate Diminution glucose = augmentation AMPc = CAP se lie et active les gènes lac

Answer 9

C’est le site de liaison du répresseur lac (séquence de 21 pb symétrique) qui est reconnu par 2 sous-unités du répresseur lac. Il recouvre une partie du promoteur et empêche physiquement l’ARN pol d’interagir avec le promoteur.

Answer 10

Le principe général des régulateurs bactériens est qu’ils se lient sous forme d’homodimères. Chaque monomère se lie sur chaque demi-site. La reconnaissance des séquences spécifiques d’ADN se fait par une structure secondaire (hélice-coude-hélice).

Answer 11

2 hélices α • 1 hélice de reconnaissance qui s’insère dans le grand sillon • 1 hélice qui se positionne en travers du grand sillon et interagit avec le squelette d’ADN qui stabilise et positionne correctement l’hélice de reconnaissance.

Answer 12

Tétramère et non dimère – Chaque opérateur lac est en contact avec 2 sous-unités – Les 2 monomères restant vont se lier sur l’un des 2 autres opérateurs distants 400 pb en aval et 90 pb en amont de l’opérateur primaire

Answer 13

Le lactose se lie sur le répresseur lac ce qui induit un changement de sa conformation. Cela fait en sorte qu’il ne peut plus lier l’ADN, ne se lie plus à l’opérateur.

Answer 14

Les gènes gal (opéron gal) codent pour les enzymes impliquées dans le métabolisme du galactose. – Exprimés lorsque le galactose est présent et que le glucose est absent – Régulation négative par le répresseur galR Agit différemment du répresseur lac qui encombre le site de liaison de l’ARN pol. Il retient l’ARN pol en empêchant la transition de complexe fermé à ouvert Régulation positive par CAP, car CAP transmet le message d’absence du glucose.

Answer 15

Un même régulateur peut réguler la transcription de plusieurs gènes. Caractéristique de la régulation des gènes Quand le même signal (ex. pénurie de glucose) contrôle plusieurs gènes (ex. lac et gal), il est normalement communiqué par le même régulateur (ex. CAP) Régulateur communique un signal commun (ex. CAP) et l’autre signal est amené par un régulateur spécifique de gène (ex. galR pour gal et le répresseur lac pour lac) Également utilisé par les organismes plus complexes (eucaryotes)

Answer 16

CAP est un activateur sur plus de 100 gènes (car plusieurs autres solutions que glucose) chez E coli avec une multitude de partenaires Contrôle combinatoire

Answer 17

Sous-unité σ de l’ARN pol qui reconnaît le promoteur La majorité des promoteurs d’E coli sont reconnus par σ70 (Ex. lac) Mais σ70 peut être remplacé par plusieurs autres σ pour diriger l’ARN pol vers d’autres promoteurs

Answer 18

Choc thermique chez E coli = augmente σ32 σ32 remplace σ70 dans plusieurs ARN pol – Dirige ces ARN pol vers la transcription de gènes qui protègent la cellule des effets du choc thermique 2 mécanismes qui augmentent σ32 – Stimulation de la traduction – Stabilisation transitoire de la protéine

Answer 19

Il infecte Bacillus subtilis (croissance lytique) L’ordre d’expression des gènes du phage est contrôlés par σ 1. L’ARN pol bactérienne (σ70) reconnaît les promoteurs précoces du phage nécessaires au début de l’infection 2. Un des gènes = gène σ28 3. l’ARN pol σ28 dirige la transcription des promoteurs intermédiaires 4. Un des gènes intermédiaire = σ34 5. L’ARN pol σ34 dirige l’expression des gènes tardifs

Answer 20

La croissance lytique est la croissance qui finit par l’explosion de la cellule. Cela va permettre au virus d’infecter d’autres cellules avoisinantes.

Answer 21

Allostérie des protéines régulatrices – Ex. lactose qui change la conformation du répresseur lac – Ex. AMPc qui change la conformation de CAP Allostérie provoquée par les régulateurs – NtrC et MerR – Fonctionnent par allostérie plutôt que par recrutement pour activer la transcription L’ARN pol liée sur le promoteur est inactive – L’activateur induit un changement allostérique de ce complexe pour le rendre actif

Answer 22

Le gène glnA est transcrit par l’ARN pol σ54. ARN pol σ54 lie le promoteur de glnA sous forme de complexe fermé stable Activateur NtrC lie à l’ADN si le niveau d’azote est faible, ce qui contrôle les gènes impliqués dans le métabolisme de l’azote (incluant le gène glnA) – diminution azote = phosphorylation de NtrC par NtrB = changement de conformation de NtrC qui démasque son domaine de liaison à l’ADN – NtrC activé (phosphorylé) lie, sous forme de dimère, 4 sites à 150 pb du promoteur. NtrC (phosphorylé) lie le site de liaison de l’activateur de glnA et interagit avec l’ARN pol σ54 – NtrC active l’ARN pol. NtrC a une activité ATPase (fournit l’énergie nécessaire pour changer la conformation de l’ARN pol) = transition de complexe fermé stable à complexe ouvert.

Answer 23

MerR lie une séquence entre -10 et -35 du promoteur de merT. La distance entre -10 et -35 de 19pb au lieu des 15-17 pb classiques. L’ARN pol σ70 se lie, mais non optimal = pas de transcription. En présence de mercure, MerR subit un changement conformationnel – Torsion de l’ADN au centre du promoteur – Restaure la région -10 et -35 du promoteur dans une configuration optimale pour l’ARN pol σ70

Answer 24

C’est un promoteur qui dirige l’expression des gènes pour le métabolisme de l’arabinose. Lorsqu’il y a présence d’arabinose et absence de glucose 2 activateurs = CAP et AraC En absence d’arabinose, il devient répresseur.

Answer 25

Virus qui infecte E coli.

Answer 26

Lytique – Nécessite la réplication de l’ADN – Synthèse de nouvelles protéines d’enveloppe Lysogène – Intégration de l’ADN du phage dans le chromosome bactérien – Répliqué à chaque division cellulaire – Prophage (stage dormant) Induction lysogène – Passage de l’état lysogène à lytique – Quand la cellule est exposée à des agents endommageant l’ADN

Answer 27

50kb ``` 50 gènes qui codent pour – Enveloppe – Réplication de l’ADN – Recombinaison – Lyse ```

Answer 28

2 gènes (cI et cro) 3 promoteurs PR, PL et PRM Promoteur PRM – Transcrit seulement le gène cI – Promoteur faible, donc nécessite la liaison d’un activateur en amont Promoteur PR, PL – Tous les autres gènes sont directement ou indirectement transcrits via PR et PL. – Promoteurs forts, constitutifs – N’ont pas besoin d’activateurs

Answer 29

Lytique : transcription avec PL et PR (on transcrit le gène CRO) Lysogénique : transcription avec PRM (on transcrit le gène CL)

Answer 30

Il est codé par le gène cI (sous le contrôle de PRM). Il possède 2 domaines reliés par une région flexible (domaine de liaison à l’ADN en N-term (hélice-coude-hélice) et domaine de dimérisation en C-term) Possède une fonction répresseur et une fonction activateur malgré son nom Répresseur • Sa liaison sur un promoteur empêche l’ARN pol de s’y fixer Activateur • Par recrutement (comme CAP) via sa région d’activation en N-term

Answer 31

Répresseur 1 domaine Lie l’ADN sous forme de dimère (hélice-coude-hélice)

Answer 32

Répresseur λ et Cro peuvent lier les 6 opérateurs avec des affinités différentes - 3 opérateurs dans la région contrôle de gauche - 3 à droite (3 sites de liaison de l’opérateur droit: OR1, OR2, OR3. Chaque site peut lier un dimère de λ ou de Cro avec des affinités différentes). OR1 : beaucoup d’affinité pour λ et peu d’affinité pour CRO OR2 : peu d’affinité pour CRO et λ OR3 : peu d’affinité pour λ et beaucoup d’affinité pour CRO

Answer 33

C-term du répresseur λ s’occupe de la formation du dimère et du tétramère Les 2 dimères de répresseur λ se lie de façon coopérative sur des sites adjacents d’ADN – Affinité du répresseur λ est optimale sur OR1, donc a liaison sur OR1 favorise la liaison sur OR2 Le répresseur λ se lie ainsi sur 2 sites simultanément alors que sa concentration ne devrait permettre sa liaison que sur le site OR1 Le site OR3 reste libre car la liaison OR1 et OR2 ne permet par le contact avec un 3ème dimère sur le site adjacent

Answer 34

Répresseur λ se lie sur OR1 et OR2, ce qui empêche la fixation de l’ARN pol sur PR Le répresseur λ lié à OR2 active la transcription à partir de PRM

Answer 35

1 dimère de Cro se lie à OR3 ce qui recouvre PRM et ainsi, réprime ce promoteur (encombrement) L’ARN pol se lie à PR et PL et transcrit les gènes lytiques • PR et PL sont des promoteurs forts et n’ont pas besoin d’activateurs

Answer 36

La dégradation du répresseur λ par un stress génotoxique qui va mettre en jeu son intégrité.

Answer 37

L’accumulation de dommages ou de cassures monocaténaire induit une réponse dans les E. Coli qui se nomme la réponse SOS. La réponse SOS va induire la production de protéines de réparation qui ne sont pas présentes normalement Mécanisme général: – Les lésions provoquent une destruction d’un répresseur de transcription (LexA). LexA réprime les gènes impliqués dans la réponse SOS. La disparition de LexA active la réponse SOS.

Answer 38

Les dommages induits à l’ADN amène l’activation de RecA. Le répresseur λ ressemble à LexA. RecA dégrade donc également le répresseur λ lors de la réponse SOS. Le répresseur λ clivé – Ne peut plus lier OR1 et OR2 – Induction de la transcription de PR et PL = croissance lytique – Production de Cro qui lie OR3. Cela empêche la liaison du répresseur λ ce qui rend l’induction irréversible. Cela mène à l’explosion de la cellule.

Answer 39

La quantité de répresseur λ doit être régulé finement – Si elle est trop faible = induction spontanée sans réponse SOS – Si elle est trop forte = manque de RecA pour inactiver tous les répresseurs λ La quantité est régulée par des mécanismes d’autorégulation positive et négative Positive : activateur de son propre gène Autorégulation négative • PRM est activé par les répresseur λ (sur OR2) pour produire du répresseur λ via cI • Si la concentration du répresseur λ devient trop forte, il fixe aussi OR3 et réprime PRM.

Answer 40

Les événements précoces de l’infection déterminent le choix entre lytique et lysogène. Choix dépend de 2 protéines: cII et cIII - cII est transcrit à partir de PR - cIII est transcrit à partir de PL

Answer 41

C’est un activateur transcriptionnel • Il lie un site en amont du promoteur PRE (promoteur faible) ce qui stimule la transcription de cI (Répresseur λ). cI peut être transcrit à partir de 2 promoteurs (PRE et PRM) • Le répresseur λ peut s’autoréguler positivement via OR1 et OR2 sur le promoteur PRM, mais il faut un niveau basal. La quantité initiale est obtenue par le promoteur PRE activé par cII.

Answer 42

À l’infection, la transcription est initiée à partir de PR et PL. PR dirige la synthèse de Cro et de cII Cro favorise le développement lytique. Elle se lie sur OR3 et bloque PRM cII favorise la croissance lysogène en activant la transcription de cI (répresseur λ). Répresseur λ se lie sur OR1 et OR2 pour bloquer PR et active PRM L’efficacité de cII pour activer la transcription de cI détermine le choix de développer en lysogénie

Answer 43

La quantité de phages par bactéries. S’il y a peu de phages par bactérie, le virus tombe en lyse pour infecter les bactéries environnantes.

Answer 44

1 phage ou moins par bactérie = lytique 2 phages ou plus par bactérie = lysogénique, car il devient imprudent de tomber en lyse pour ne pas perdre les phages si jamais il n’y a aucune autre bactérie à infecter. Augmentation de phage entrant = augmentation de transcrit à partir de PR = augmentation de cll. Cela augmente les chances qu’au moins un génome de phage dirige la synthèse du répresseur et s’intègre dans le chromosome bactérien. Bloque ainsi le développement lytique des autres phages. Peu de bactéries = peu de cellules hôtes disponibles pour le cycle d’infection suivant. Préfère aller en stade dormant plutôt que de risquer de ne pas trouver de cellules à infecter.

Answer 45

Le profil d’expression des gènes vient normalement de signaux extracellulaires – Ex. lac opéron – Disparaît quand le signal est enlevé

Answer 46

Hérédité (cellulaire) des profils d’expression géniques en absence de mutation et de signal initiateur.

Answer 47

Le maintient du statut lysogène du phage λ est assuré par le répresseur λ. À l’infection, le signal d’expression des gènes lysogènes est établi en réponse à un ratio phage/bactérie élevé 1- La synthèse est établie via l’activation du gène cI par l’activateur cII 2- La synthèse du répresseur λ est maintenue par autorégulation L’amélioration des conditions de croissances des bactéries ne changent pas le statut lysogène...!? Épigénétique!

Answer 48

Chaque cellule fille hérite du génome du phage et 1/2 protéine du répresseur λ. Cela est suffisant pour garder la cellule en phase lysogène et pour stimuler la production de plus de répresseurs par auto-régulation.

Answer 49

La régulation négative peut se faire via l’inhibition de la formation du complexe ouvert ou l’échappement du promoteur.