Régulation de la transcriptionnelle chez les eucaryotes Flashcards
Comment fonctionne la transcription de la polarité II
La transcription par pol ll est régulée par des activateurs et des répresseurs.
Les protéines qui se lient à l’ADN vont faciliter ou empêcher l’initiation de la transcriptions de gènes spécifiques en réponse à des signaux appropriés.
Quelles caractéristiques additionnelles complexifient l’actions des activateurs et des répresseurs?
- Les nucléosomes et leurs modifications, car :
Leurs machineries transcriptionnelles présentée à un substrat est partiellement masqué.
Ils réduisent l’expression de nombreux gènes en abscence de protéines régulatrices.
- Lorsqu’il y a plus de régulateurs et plus de grandes séquences régulatrices.
Quelles sont les éléments de régulation chez les eucaryotes?
Les sites sont plus nombreux et plus éloignées. Il faut donc intervenir plusieurs éléments :
- Des promoteurs
- Des sites de liaisons régulateur individuel
-Des séquences régulatrices
plusieurs sites
-ils peuvent s’étendre sur 1000 nucléotides en amont ou en aval
-Sous forme d’enhancers : plusieurs sites activateurs regroupés en une unité
-ils peuvent faire intervenir des “boucles d’ADN” qui facilitent l’intéraction entre protéines
Quel est le problème que l’action à distance soulève?
L’activateur coupler à un enhancer peut contrôler plusieurs gènes à sa porté
il est donc nécessaire de recourir à d’autres séquences régulatrices : isolateur ou des éléments de frontière qui empêche l’enhancer d’aller trop loin.
-ils sont situés entre l’enhancer et les promoteurs
-ils bloquent l’activation de promoteur
-ils empêchent que l’activateur fonctionnent de manière aveugle
Pourquoi la plupart des caractéristiques de la régulation géniques sont les mêmes chez tous les eucaryotes ?
ils ont tous:
-des machineries transcriptionnelles élaborées
-nucléosomes
-modificateurs
Pourquoi la levure est un organisme qui a beaucoup été utilisé pour étudier la génétique des eucaryotes?
L’organisme qui est le plus accessible à des combinaisons de dissection génétiques et biochimiques.
Une grande partie des informations sur le fonctionnement des activateurs et des répresseurs vient de la levure.
Qu’est-ce que l’activateur Gal4 ?
Il est présent chez les bactéries et chez les eucaryotes.
Il possède des fonctions de liaison à l’ADN distinctes.
Son domaine de liaison à l’ADN est le DLA.
C’est l’activateur le plus étudié.
Il active la transcription de gènes galactose chez S. cerevisiae.
Il lie 4 sites situés à 275 pb en amont de GAL1.
En présence de Galactose, il active la transcription de GAL1 d’un facteur 1000.
Comment a été prouvé que le domaine de liaison de l’ADN et celui d’activation du Gal4 sont distinct?
Ça été relevée par deux expériences complémentaires:
- L’expression d’un fragment du gène Gal4 qui code pour les premiers 1/3 N-terminal de l’activateur produit une protéine (DLA) qui lie l’ADN , mais n’active pas la transcription.
- Il a formation d’un gène hybride (procaryote/eucaryote) avec les 3/4 C-terminaux de Gal4 qui sont fusionnés au DLA. Cette fusion permet d’activer la transcription de lacZ (b-galactosidase) portant les sites LexA et activer le domaine d’activation.
Que peut-on conclure au sujet des DLA bactérien et des DLA eucaryotes?
Un DLA bactérien (LexA) peut remplacer un DLA eucaryote (GAL4), il n’y a pas de différence fondamentale dans la façon dont les DLA lient l’ADN et reconnaissent leurs sites.
Comment la plupart des régulateurs bactériens et eucaryotes lient l’ADN?
Sous forme de dimère.
Chaque monomère est lié par l’insertion d’une hélice a dans le grand sillon ADN sur la moitié du site et détecte les arêtes des pb.
La grande majorité des protéines régulatrices bactériennes utilisent le motif hélice-coude-hélice comme DLA.
Quelle est l’historique du motif hélice-coude-hélice? (HCH)
C’est le premier DLA à être caractérisé.
Sa structure cristalline à été établie par Mckay et Steitz (1981, Nature 290:744)
Pabo et Lewis (1982, Nature 298:443)
La première hélice : hélice de reconnaissance qui s’insère dans le grand sillon et reconnaît le pb spécifiques.
La deuxième hélice : crée le contact avec le squelette de l’ADN.
Chez les eucaryotes on peut aussi retrouver plusieurs régulateurs sous la forme d’hétérodimères (AP-1) et parfois sous forme de monomère (NF-1).
Qu’est-ce qu’une protéine à homéodomaine?
Fait partie de la classe de DLA : HCH
Similaire au HCH bactérien, mais ils sont identifié chez les eucaryotes drosophiles.
Identifié dans les protéines qui ont des fonction dans l’embryogénèse de la drosophile.
Il contient une région de 60 AA très conservée.
La séquence concensus : TAATNN
Les protéines à homéodomaine sont soit des activateur ou des régulateurs. Sa fonction est dictée par l’homéodomaine.
Qu’est-ce qu’un domaine à doigts de Zn ?
C’est le plus commun des DLA.
Il a initialement été identifié chez TFIIA.
Il est constitué d’environ 30 AA parmi lesquels se trouvent 2 résidus cystéine + 2 résidus histidine.
Dans la région constituée d’environ 12 AA entre les paires cystéine-histidine, il y a des résidus basiques et quelques résidus hydrophobes.
La structure de 30 AA se replie pour former 2 barreaux B antiparallèles suivis d’une hélice a.
L’activateur Sp1 est formé par 3 structures en doigts de Zn consécutives.
Quels sont les autres domaines de liaison qui utilisent du Zn?
Le Zn est coordonné par 4 résidus de cystéines qui stabilisent le DLA de façon différente, mais ressemblant au motif HCH.
Le récepteur glucocorticoides qui contient 8 cystéines pouvant lier 2 atomes de zn.
Qu’est-ce qu’une fermeture à glissière de leucines qui lie l’ADN?
Ça permet de combiner les surfaces de dimérisation et de liaison à l’ADN dans une même unité structurale.
Ça été identifié initialement par Steven L. Mcknight.
Ça possède une région conservée d’environ 30 AA avec une charge globale nettement (+). C’est suivie d’une région contenant leucine (4-6) séparées par intervalles de 7 résidus.
Cette composition est essentiel pour permettre la dimérisation et la liaison à l’ADN.
- Un segment d’hélice a s’insère dans un grand sillon.
-Dimérisation est induite par l’autre segment de cette hélice.
L’hélice est sous forme d’homo- ou d’hétéro-dimère.
Quel est le motif de fermeture à glissière à leucine?
L’arrangement particulier des leucines crée hélice a avec une interface très hydrophobe.
Lorsqu’il y a deux protéines avec ce motif : ça forme une structure de type coiled-coil.
Exemple : fermeture leucine du FT GCN4 (leucine et valine)
Quelles sont les caractéristiques du motifs hélice-boucle-hélice?
C’est un motif formé de 2 régions en hélice :
- Hélice de reconnaissance ADN
- Hélice a plus courte
Les deux hélices sont séparées par une boucle flexible.
C’est un motif qui a une forte similarité avec le motif fermeture-leucine, car :
- Il possède une région basique essentielle à la liaison de l’ADN et aux régions permettant la dimérisation.
Le site de reconnaissance de l’ADN possède 12 pb inversées et répétées qui forme une région conservée la “boite E” : CAXXGT.
Quelle protéines sont contenues dans le motif HBH?
Des protéines impliquées dans diverses fonctions cellulaires:
- Différentiation cellulaire (MyoD)
-Stabilité chromosomes (CBF1/CPF1)
-Régulation expression (CUTE, E12, E46, PHO4), prolifération cellulaire (myc)
Qu’est-ce que le domaine d’activation ?
Contrairement aux DLA, ce sont des régions activatrice qui n’ont pas de structure définies.
À l’occasion, ils peuvent former des structures en forment hélice (probablement induites pas liaison ADN)
Il absence de certaines structure, car les régions activatrices sont formées de la surface adhérentes capable d’intéragir avec plusieurs surfaces protéiques.
La région activatrice Gal 4 est appelée région activatrice acide en raison de sa prépondérance en AA acides.
Quelles sont les autres types de régions activatrices sont structure définies?
Régions riches en glutamine : activateur Sp1
Régions riches en proline : activateur CTF1
Les régions activatrices acides = fortes et fonctionnent dans organismes eucaryotes.
Autres régions activatrices = + faible et fonctionnent de façon moins universelle.
Comment les activateurs recrutent la machinerie transcriptionnelle sur le gène?
Chez les bactéries : l’activateur stimule la transcription en liant l’ADN par une surface et intéragit avec l’ARN pol par une autre surface.
Chez les eucaryotes : un activateur établie rarement des intéraction directe avec ARN pol donc ils recrutent l’ARN pol de manière indirecte:
-Ils recrutent des modificateurs du nucléosome qui aident à l’initiation.
- Ils peuvent recruter des facteurs nécessaire à l’initiation ou l’élongation de la polymérase.
L’activateur est donc simplement un recruteur de protéine sur le promoteur. Ces protéines appartiennent à des complexes préformées : Médiateurs et TFIID
Comment fonctionne l’activation de l’initiation de la transcription chez les eucaryotes par recrutement de la machinerie transcriptionnelle?
Les activateurs intéragissent avec un ou plusieurs de ces complexes et les recrutent sur les gènes.
Ils peuvent intéragir à distance exemple :
Une région acide typique d’un activateur peut intéragir avec des composantes du médiateur et/ou avec des sous-unités TFIID
Comment fonctionne les perturbations locales de la structure de la chormatine provoquée par les activateurs?
Le recrutement de modificateurs de nucléosomes peut aider à activer un gène empaqueté dans la chromatine.
Il y a deux types de modificateurs:
- Un qui ajoute des groupements chimiques sur les queues d’histones : acétyltransférases des histones (HAT)
- Déplacent (“remodèlent”) les nucléosomes : SWI/SNF permet d’activé ATP-indépendant.
Dans les deux cas: l’ADN se déserre pour laisser à découverte certains sites des nucléosomes qui sont habituellement inaccessible.
Quels sont les effets des modifications sur les queues d’histones ?
Il y a acétylation qui aide aussi la liaison de la machinerie transcriptionnelle:
- Création de sites de liaison spécifiques sur les nucléosomes pour les protéines contenant des bromodomaines.
- Un des composants de TFIID (TAF1/TAF-250) contient des bomodomaines
- Les bromodomaines se fixent mieux aux nucléosomes acétylés.
Quelles sont les circonstances qui font varier le besoin d’activation d’un gène?
Bien que tous les gènes nécessitent l’ARN pol, certaines composantes de la machinerie transcriptionnelle sont plus nécessaire à certains gènes que d’autres.
Chez la levure, il a été démontré que des intéractions cible-activateur sont particulières pour des gènes spécifiques :
Gal4 intéragit avec trois composantes : médiateur, SAGA, TFIID
L’actitivité d’acétylation et capable d’intéragir avec la machinerie transcriptionnelle
Parfois les TAFS de SAGA sont nécessaire pour certains promoteurs en remplacement de TFIID
Comment fonctionne le modèle d’action de SAGA comme coactivateur de Gal4?
- Gal4 se lie à sa séquence cible (UAS) par son DLA (DB)
- Domaine activation (AD) est bloqué par Gal80
- addition du galactose
- induit l’expression de l’inducteur Gal3
- modification du complexe Gal80/Gal4
- AD redevient disponible pour recruter SAGA
- SAGA recrute TBP à boîte TATA via le domaine Spt3
- Activation de la transcription de Gal1
Quel est le rôle du gène HSP70 chez la drosophile?
Il est activé par choc thermique et est controlé par deux activateurs GAF-1 et HSF.
GAF-1: se lie à l’élément GATA qui recrute des composants de la machinerie transcriptionnelle.
HSF : lorsqu’il est absent la polymérase qui a initié la transcription s’arrète 25 pb en aval du promoteur.
Quel est le mode de fonctionnement du promoteur Hsp70 ?
Avant un choc thermique :
- La pol II est partiellement phosphorylée par Ser5 CTD
-Elle est complexée avec DSIF et NELF
-Elle est maintenue en pause en aval du promoteur à cause de hsp70
-GAF-1 est présent avant le choc thermique (HSF +/-)
Apres le choc thermique :
-Il y a trimérisation HSF et liaison à ses sites
-Il y a recrutement de la protéine kinase P-TEFb sur la machinerie arrêtée
-Phosphorylation de CTD (Ser2)+ DSIF+ NELF
- Libération des enzymes de sa niche et permet la transcription du gène
Quels sont les mécanismes qui aident la communication entre les protéines liées à distance des promoteurs?
Chez la bactérie: il y a la protéine archecturale IHF, qui se lie à des sites d’ADN en la courbant. Ça permet d’aider des activateurs liés à l’ADN d’atteindre ARN polymérases sur promoteur.
Comment fonctionne Chip/Ldb1?
Il aide la communication en enhancer et le gène cut qui sont situés à 100 kb de distance.
On ne sait pas comment chip fonctionne, mais:
Modèle propose que Chip lie une multitude sites entre enhancer et le promoteur et en intéragissant avec elle-même Chip forme des miniboucles sur l’ADN
Si enhancer active un gène spécifique à 100 kb, qu’est-ce qui l’empêche d’activer d’atres gènes dont les promoteurs sont situés dans le rayon d’action de l’enhancer
Les isolateurs contrôlent les actions des activateurs, il va inhiber l’activation du gène induit pas l’activateur.
Donc la protéine lié à isolateurs ne répriment pas directement le promoteur ou l’activateur mais bloquent plutot la communication entre-eux
Quelles sont les caractéristiques des gènes Apo?
- il y a APOA1, C3, A4, A5 sur le chromosome 11q23.3
- ils sont exprimés dans le foie et l’intestin
-ils sont essentiels au métabolismes et à la redistribution des lipoprotéines et des lipides
-APOA1, APOA4 et APOA5 sont des constituant prédominants des HDL
-liaison CTCF permet de lier aux isolateurs AC2 et AC3 en association avec la cohésine (Rad21/Scc1)
Ça permet la formation de 2 boucles qui permettent de rapprocher l’enhancer (C3E) des promoteurs (C3, A4 ,A5)
Ça bloque les fonctions de l’enhancer et peut réprimer la transcription
Qu’est-ce que la régulation des loci LCR ?
Quelle gène il régule?
C’est la régulation appropriée lorsque que certains groupes de gènes nécessite des régions de contrôle d’un locus (LCR).
Il y a 5 gènes globines chez l’homme (epsilon, gamma, G/A, delta, beta)
- ils ne sont pas tous exprimé au même moment, ils sont exprimé à différentes étapes du développement
-chaque gène possède sa propre collection de sites régulateurs
-Groupe d’éléments régulateurs (enhancers, isolateurs, propriétés de promoteurs) : c’est les régions de contrôle d’un locus (LRC)
Qu’est-ce que l’action synergique des activateurs pour l’intégration des signaux?
Parfois il est nécessaire d’avoir de nombreux signaux pour l’expression d’un gène et chaque signal est transmis au gène par un régulateur distinct
De façon synergique indique que l’effet de 2 activateurs aggissant ensemble est plus grande que la somme de chacun agissant seul
La synergie peut résulter :
- Du fait que 2 activateur peuvent recruter un seul complexe (médiateur) en touchant différentes parties
-lorsque plusieurs activateurs recrutent un composant différent
-lorsque plusieurs activateurs s’entraident pour lier leurs sites è proximité du gène qu’il contrôle
- lorsque la liaison de l’un dépend de la liaison de l’autre : coopérativité
Quel est l’exemple d’action synergique du represseur lambda?
Un monomère lambda forme un dimère pour ensuite former un tétramère, ce qui crée une liaison accrue aux sites Opérateur lambda
Quelles sont les différentes liasons coopératives en les activateurs?
- Liason coopérative via l’intéraction directe entre deux protéines
-2 protéines peuvent en recruter une troisième
indirecte :
-liaison d’un protéine (A) sur son site qui aide la seconde (B) à se lier à son site
-liason de (A) permet de destabiliser l’ADN de façon à exposer le site (B)
Qu’est-ce que l’enhanceosome de l’interféron-B humain?
Le gène humain de l’interféon-B est activé dans les cellules lorsqu’il y a une infection virale, l’infection cible 3 activateurs:
-NF-kB
-IRF
-Jun/ATF (AP-1)
Il se lie de façon coopérative aux sites compactés d’un enhancer à environ 1 kilobase en amont du promoteur
Ce qui forme des structure “enhanceosome”
Requiert HMGA1 pour redresser l’ADN enhancer
L’activateur recrutent le coactivateur : CBP ou son homologue p300
Quelles sont les caractéristiques frappantes de l’enhanceosome?
Chaque pb ADN enhancer est impliquée dans la liaison d’activateur c’est pourquoi HMGA1 ne peut s’y lier, car il manque de place.
Qu’est-ce que la contrôle combinatoire?
Chez les eucaryotes il existe des contrôles combinatoires plus vastes que chez les bactéries:
Gène A: est contrôlé par 4 signaux (1-4) chacun fonctionnent via un activateur indépendant (activateurs 1-4)
Gène b : est contrôlé par 3 signaux (3-5-6) fonctionnant via les activteurs 3, 5, 6)
Il existe un signal commun entre les deux gènes : signal 3 qui est un contrôle combinatoire.
Un contrôle combinatoire : implique beaucoup de régulateurs et de gènes
Un activateur donné peut intéragir avec de multiples cibles.
Comment se fait le contrôle du gène HO?
- La levure S. cerevisia se divise par bourgeonnement
-Le gène HO est exprimé que dans les cellules mères et seulement à certains moments du cycle cellulaire
- Ces deux conditions sont communiquées au gène via 2 activateurs:
-Swi 5: lie plusieurs sites à une certaine distance du gène
-SBF: ne peut se lier ses sites sans aide : disposition sites SBF dans chromatine l’interdit
- Swi5 de la cellule mère-spécifique peut lier l’ADN sans aide / trop éloigné pour activer gène HO
- Recrutement de modificateurs de nucléosomes (HAT + enzyme remodelage SWI/SNF) agit sur les nucléosome au niveau du sites SBF
- Permet à SBF de se lier à son site ce qui active la transcription HO en recrutant le médiateur
Comment fonctionnent les répresseurs eucaryotes?
Comme les activateurs, les répresseurs peuvent recruter les modificateurs du nucléosome.
Les enzymes recrutées ont des effets opposés aux enzymes recrutées par des activateurs.
-mécanisme compétitif
-inhibition
-Répression directe
-Répression indirecte
Comment fonctionne la repression du gène de levure GAL1?
Il possède un site situé entre celui de Gal4 et du promoteur auquel s’accroche Mig 1.
La liaison de Mig1 réprime la transciption de GAL1 et permet de recruter la protéine Turp 1: pour former un complexe de répression.
soit que Turp 1: recrute des histones désacétylases qui désacétylent à proximité du nucléosomes
ou
Turp 1 intéragit directement avec la machinerie transcriptionnelle pour inhiber son initiation
Comment sont communiqués les signaux jusqu’aux régulateurs transcriptionnels via des voies de transduction du signal?
Chez les bactéries : petites molécules relarguée par une cellule et reçues par une autre.
Chez les eucaryotes : La plupart des signaux sont communiqués aux gènes via les voies de transduction du signal.
Le terme signal fait référence au ligand initiateur qui lui est typiquement détecté par le récepteur de surface cellulaire spécifique.
Le ligand lie le domaine extracellulaire du récepteur et la liaison est communiquée au domaine intra-cellulaire.
Le signal ensuite est envoyé au régulateur transcriptionnel via une cascade de protéines kinases.
Qu’est-ce que la voie de transduction du signal STAT?
- liaison de la kinase (janus kinase) au domaine intracellulaire du récepteur.
- Activation du récepteur par son ligand.
- Rapprochement des 2 chaines du récepteur.
- induit la kinases de chaque chaine à phosphoryler le domaine intracellulaire du récepteur opposé.
- Le site phosphorylé est reconnu par STAT qui devient elle-même phosphorylée.
- STAT dimérise et migre vers le noyau pour lier l’ADN.
Comment les signaux contrôlent les acitivités des régulateurs transcriptionnels de diverses façons?
Chez les bactéries : Les changements allostériques contrôlent les régulateurs transcriptionnels affectent leur capacité à lier l’ADN.
Chez les eucaryotes : Il y a des régulateurs transcriptionnels en général pas contrôlés au niveau de leur liaison à l’ADN, mais plutôt par une région activatrice démasquée.
C’est lorsqu’il a des changements conformationnels de l’activateur lié à l’ADN ça révèle la région activatrice masquée ou le ralargage d’une protéine liant et masquant une région activatrice.
Par quoi est régulé l’activateur Gal4?
Il est contrôlé par une protéine masquante.
En absence de galactose Gal4 est lié à ses sites en amont du gène GAL1. GAL80 se lie ensuite à GAL4 46 bloque sa région activatrice.
En présence de galactose, il induit le relargage de Gal80 et active le gène GAL1.
Souvent la protéine masquante est une déacétylase ce qui cause la repression du gène.
Comment sont contrôlés les régulateurs?
- Par une région activatrice démasquée
-Transport dans le noyau
Lorsqu’ils ne sont pas de nombreux activateurs et répresseurs sont dans le cytoplasme et les ligand de signalisation induit une migration dans le noyau
Il peut arriver que le régulateur soit maintenu dans le cytoplasme par une protéine inhibitrice ou par la membrane cellulaire.
ou
Le régulateur reste dans sa conformation en attendant le signal nécessaire à son import nucléaire car le signal est dissimulé.
Comment fonctionne l’inhibition de NF-kB par IkB ?
- Le dimère NFKB est maintenus inactifs dans le cytoplasme par IKB
- Signalisation par le récepteur (ligand : Tumor necrosis factor)
- Active kinase Ikk (I-Bk Kinase)
- IKK phosphoryle IkB
- IkB phosphorylé est dégradé par des voie ubiquitine
- Libération de NFkB
Comment les activateurs sont recruté par fragments ?
Le DLA et la région activatrice peuvent être sur des polypeptides séparés et être recrutés ensemble sur l’ADN pour former des activateurs.
D’autres exemples sont plus élaborés comme les récepteurs des glucocorticoides.
Quel est le mécanisme d’action des récepteurs nucléaires ?
GR : peut activer ou réprimer la transcription c’est selon la nature et la disposition des sites de liaison à l’ADN.
En absence de son ligand : GR est maintenu dans le cytoplasme via des interaction avec Hsp90 et HSP70.
La liaison du ligand : permet de libérer le récepteur et de migrer vers le noyau,
GRE répresseur: pertmet à GR de se lier à l’histone désacétylase (HDAC)
GRE activateur : permet la GR de se lier à CBP (histone acétylase) et permet l’expression des gènes
