Épissage Partie 2

• L'épissage est une étape essentielle dans la modification et le transport de l'ARN.

Présentation générale de l'épissage

• L'épissage comprend:
  • La chimie de l'épissage de l'ARN
  • La machinerie du spliceosome
  • Les différentes voies d'épissage
    • La voie canonique (spliceosomes majeur et mineur)
    • Les autres voies d'épissage
  • La reconnaissance des introns et les erreurs d'épissage
  • L'épissage alternatif
  • L'origine et le brassage des exons
• Les modifications post-transcriptionnelles et le transport des ARNs sont également essentiels.

Types d'Introns

• Il existe 3 principaux types d'introns reconnus par les spliceosomes majeurs et mineurs.
• Le spliceosome est le plus commun chez les eucaryotes.
• Les introns des groupes I et II sont enlevés par auto-épissage.

Spliceosomes Mineurs

• Certains pré-ARNm sont épissés par un spliceosome mineur, impliquant environ 800 gènes humains.
• La chimie est similaire, mais les snRNPs et les sites d'épissage diffèrent (AU-AC).
• U1 reconnaît un site spécifique dans le spliceosome mineur en 5'.

Trans-épissage

• Le trans-épissage est un phénomène rare observé dans certains organismes.
• Il est observé chez presque tous les ARNm des Trypanosomes (maladie du sommeil) et des Vers nématodes (C. elegans).
• Dans ce processus, les exons proviennent de différents transcrits, nécessitant plus d'un gène pour coder une protéine.
• Le spliceosome est légèrement différent, avec U1 remplacé par SL snRNA.
• L'intron libéré forme une structure en Y, sans formation de lariat.

Voies d'épissage et introns des groupes I et II

• Les introns du groupe I et du groupe II ont une taille plus petite que les introns des pré-ARNm nucléaires.
• Groupe I varie entre 120 et 420 nucléotides, tandis que le Groupe II varie entre 400 et 1000 nucléotides.
• Une grande partie de la séquence de l'intron est essentielle à l'épissage, nécessitant une structure précise pour la réaction.

Voies d'épissage parallèles et introns du groupe II

• Les introns du groupe II partagent des événements chimiques similaires à l'épissage par le spliceosome, sauf pour l'absence de protéines et d'ATP.
• La structure secondaire de l'intron II est similaire au duplex U2-U6/U5.
• La voie d'épissage de type II est évolutivement liée au spliceosome.

Voies d'épissage et introns du groupe I

• Une séquence guide interne (IGS) est présente dans les introns du groupe I pour identifier le site 5' d'épissage, reconnaissant une séquence dans l'exon.
• L'épissage des introns du groupe I inclut la reconnaissance du site de coupure par l'IGS.
• La séquence guide (IGS) s'apparie en 3' de l'exon 1.
• La première trans-estérification implique le 3'-OH du G (libre) avec le 5' de l'intron.
• La deuxième trans-estérification est identique à la voie canonique, avec le 3'-OH de l'exon 1 s'associant au 5' de l'exon 2.
• Lors de la troisième trans-estérification, l'IGS s'apparie à l'intérieur de l'intron, coupant à l'extrémité 3' de l'intron et cyclisant une partie de celui-ci.

Spécificité structurelle et tertiaire

• La 3ième réaction de trans-estérification implique le nucléotide G de l'extrémité 3', qui vient cliver l'intron, inactivant ainsi l'activité du ribozyme et empêchant la réaction inverse.
• in vitro, aucune protéine n'est nécessaire pour former le site actif dans des conditions contrôlées.
• in vivo, la structure stabilisée par des protéines masque les charges des groupements phosphates des nucléotides.

L'épissage et les maladies génétiques

• Les défauts d'épissage peuvent provoquer des maladies humaines.
• Une mutation dans les sites d'épissage ou dans la machinerie d'épissage cause potentiellement des problèmes.
• Environ 15% des maladies génétiques humaines sont dues à des défauts d'épissage.
• β-thalassémie, déficit familial isolé en hormone de croissance, rétinite pigmentaire et amyotrophie spinale sont des exemples de maladies génétiques dues à des erreurs d'épissage.
• Des cancers et maladies auto-immunes (arthrite et lupus) sont d'autres exemples.

Erreurs d'épissage et leurs causes

• Les causes des erreurs d'épissage sont des sites de reconnaissance très courts ou des introns très grands.
• Des erreurs de reconnaissance des sites d'épissage peuvent se produire.
• La reconnaissance des sites d'épissage est plus fiable si des protéines snRNP sont assistées.

Erreurs d'épissage: Exemples

• Non-reconnaissance d'un site 3' d'épissage, causant un saut d'exon.
• Reconnaissance d'une séquence ne correspondant pas à un site d'épissage valide, causant une coupure à un « pseudo » site.

Comment le spliceosome trouve-t-il les sites d'épissage fiables

• Au cours de la transcription, l'épissage se déroule en parallèle.
• Le processus co-transcriptionnel diminue les erreurs.
• La définition des exons contribue également à la fiabilité.

Fidélité de l'épissage

• Les facteurs impliqués dans la reconnaissance des sites d'épissage 5' et 3' sont associés au domaine CTD de l'ARN pol II pendant l'élongation.
• Ces facteurs sont transférés sur l'ARN dès l'émergence des sites d'épissage, assurant la co-transcriptionnalité de la reconnaissance des sites.

Mécanismes de fidélité de l'épissage

• La reconnaissance des sites est co-transcriptionnelle.
• L'ordre dans lequel les introns sont épissés est respecté.

Protéines SR dans l'épissage

• L’épissage est influencé par la définition d’exon.
• Les séquences des exons sont reconnues par les protéines SR.
• U2AF (3' de l'intron) et U1 (côté 5') sont mobilisés par des protéines SR, qui garantissent que les sites utilisés soient les sites corrects.

Protéines qui réduisent les erreurs d'épissage

• Les protéines SR définissent les exons et peuvent être régulées.
• Certaines hélicases ATP-dépendantes ont une activité de relecture.
• Le complexe EJC marque le transcrit comme traité, prêt à être exporté et nécessaire pendant la traduction.

Comparaison de l'épissage constitutif et alternatif

• L'épissage constitutif utilise tous les exons, alors que l'épissage alternatif crée différentes combinaisons d'épissage, permettant à un même gène de coder pour différentes protéines.

Rôle et avantage de l'épissage alternatif

• L'épissage alternatif permet de produire plus de protéines avec moins de gènes.
• Les produits alternatifs, ou isoformes, ont généralement une fonction similaire.
• Le gène humain Slo peut produire 500 ARNm différents par épissage alternatif d'un seul gène!
• Chez la drosophile, le gène Dscam peut être transcrit et épissé en 38 000 isoformes!
• L'épissage alternatif est une partie essentielle de la régulation de l'expression du génome.

Modes de l'épissage alternatif

• Les modes d'épissage alternatifs comprennent la sélection de sites donneurs ou accepteurs d'épissage.
• Les types de phénomènes d'épissage alternatif comprennent les sauts d'exons et l'exclusion mutuelle.

Troponine

• La troponine fournit des exemples d'épissage via saut d'exon et d'exclusion mutuelle.
• L'épissage dans la troponine peut être divisé en épissage constitutif et épissage alternatif.
• La situation de la troponine présente deux situations fréquentes : les sauts d’exons et l’exclusion mutuelle.

Exclusion mutuelle et cassettes d'exons

• Les exons peuvent se présenter par paires ou par groupes, avec seulement un exon inclus dans le message épissé, ce qu'on appelle une exclusion mutuelle.
• Différents mécanismes favorisent l'exclusion mutuelle.
• Il s'agit notamment de l'encombrement stérique, des facteurs d'épissage, de l'utilisation de spliceosomes majeurs et mineurs et du système NMD.
• Un cas extrême d'épissage mutuellement exclusif est le gène Dscam de la drosophile.

Régulation de l'épissage alternatif et encombrement stérique

• L'encombrement stérique peut prévenir l'utilisation de certains points d'épissage, ce qui peut se produire avec de petits introns.
• Les activateurs et les répresseurs jouent également un rôle.
• L'épissage de traponine α utilise l'un de ces mécanismes.

Rôle des facteurs d'épissage et épissage alternatif

• Plusieurs activateurs, faisant partie de la famille des protéines SR, jouent un rôle dans l'épissage alternatif, la définition des exons et le transport.
• Facilitent le recrutement du spliceosome.
• Les protéines hnRNP, les répresseurs les plus rencontrés bloquent les sites d'épissage spécifiques.

Facteurs d'épissage et influence sur l'épissage

• Les activateurs ou amplificateurs d'épissage (enhancers) se lient plus fréquemment à l'exon et reconnaissent des séquences spécifiques dans l'exon (ESE) et l'intron (ISE).
• Les répresseurs (silencers) se lient, plus fréquemment, à l'intron car les sites de reconnaissance sont dans les introns et masquent les sites d'épissages.

Spliceosomes & Alternance

• Des spliceosomes majeurs (GU-AG) ou mineurs (AU-AC) sont utilisés alternativement.

Système NMD

• Une façon de contrôler l'épissage est d'utiliser une machinerie de dégradation.
• Le NMD (Nonsense-mediated decay) dégrade l'ARNm non-sens.
• Les ARN qui ont 2 codons stop indiquent une mutation ou une erreur de transcription ou d'épissage
• Bien que le transcrit soit initialement fabriqué, il est ensuite dégradé.
• Le NMD est lié à la traduction dans le cytosol.
• Il dégrade préférentiellement les ARNm portant des codons stop prématurés (PTC).

Détails du système NMD

• Les complexes exon-jonction (EJC) sont assemblés sur l'ARNm à la suite de l'épissage.
• Pour être sûr qu'un message qui a du sens ne soit pas remplacé, il y a le système.
• Le système NMD, dégrade l'ARNm qui a une erreur.

Régulation de l'épissage et exemple de gène Dscam de la drosophile

• Le gène Dscam de la drosophile est un étrange cas d'épissage mutuellement exclusif à grande échelle.
• Les mécanismes d'épissage sont uniques pour certains gènes.
• Avec l'exon 6 du Dscam, il peut y avoir jusqu'à 48 alternatives!
• Plus de 38 000 possibilités d'épissage.

Mécanismes d'épissage de Dscam

• Il existe 48 possibilités pour l'exon-cassette 6.
• Il y a la formation de structures secondaires alternatives au niveau de l'ARN.
• Il a deux éléments de séquence conservés dans les introns: la séquence d'ancrage et les séquences de sélection.

Protéine Hrp36

• La protéine Hrp36 (hnRNP), joue le rôle de répresseur d'épissage.

Régulation de l'épissage via activateur

• Régulation à l'aide d'un activateur améliore l'épissage.
• L'épissage est contrôlé par des ARN spécifiques.
• Un exemple classique est l'exon étendu du virus SV40.

Régulation de l'épissage via répresseur

• L'épissage est régulé par un répresseur.
• Ceci peut se faire si un site de dégradation de l’épissage est utilisé.

Le sexe de la drosophile

• De nombreuses voies peuvent être régulées.
• Un exemple est le gène Sxl, qui est régulé par sa transcription à partir du promo teur Pe.

Détails de la régulation du sexe

• Le gène Sxl est influencé par le rapport chromosome.
• Les exemples classiques comprennent la formation de protéines qui modifient la cascade en aval.
• Ceci peut impliquer l'épissage dans ces processus.
• Le gène Sxl est régulé en réprimant l'épissage des exons.
• Tra est un activateur d'épissage.
• Le gène dsx.

Vidéos de référence

• Des vidéos en ligne fournissent des visualisations et des instructions supplémentaires sur ces processus.
• https://www.youtube.com/watch?v=YgmoHtLGb5c
• https://www.youtube.com/watch?v=53v2u9ukCt0