Transcription : ARN polymérases et mécanismes

Mécanismes de la transcription

• Le contenu porte sur les mécanismes de la transcription, notamment l'implication des ARN polymérases, la transcription chez les bactéries (avec Escherichia coli comme modèle), et la transcription chez les eucaryotes.

Rappel: ARN polymérase d'E. coli

• Le cœur de l'ARN polymérase d'E. coli est composé de cinq sous-unités et a une masse moléculaire d'environ 400 kDa.

Les sous-étapes de l'initiation

• L'initiation de la transcription comprend plusieurs étapes séquentielles.
• Reconnaissance du promoteur par l'holoenzyme (ARN polymérase + facteur sigma).
• Formation d'un complexe fermé entre l'ARN polymérase et le promoteur.
• Ouverture de la bulle de transcription au niveau du promoteur.
• Formation d'un complexe initial de transcription.
• Production de transcriptions avortées (courtes séquences d'ARN).
• Évasion du promoteur par l'ARN polymérase pour entrer en phase d'élongation.

Structure de l'holoenzyme bactérienne

• Le facteur sigma s'enroule entre les deux pinces de l'ARN polymérase, reliant ainsi les domaines 3 et 4.

Structure de l'holoenzyme (bactéries)

• L'holoenzyme possède cinq canaux principaux.
• Canal d'entrée de l'ADN double brin.
• Canaux T et NT qui maintiennent les brins d'ADN séparés.
• Canal de sortie de l'ARN.
• Canal d'absorption des NTP (nucléotides triphosphates).

Transcription Bactérienne : Holoenzyme

• Les domaines σ2 et σ4 de l'holoenzyme se positionnent pour interagir avec les éléments -10 et -35 du promoteur.
• Le domaine σ4 se trouve près des canaux de sortie de l'ADN.
• La région σ 1.1 s'insère dans la pince de l'ARN polymérase, bloquant partiellement le canal d'entrée de l'ADN.
• La région σ3.2 sert à relier les domaines σ3 et σ4. Elle bloque presque complètement le canal de sortie de l'ARN.
• Une boucle en épingle à cheveux atteint la poche catalytique et le site actif.

Transcription chez les bactéries : isomérisation

• La formation du complexe ouvert est aussi appelée fusion ou dénaturation du promoteur.
• L'interaction de l'holoenzyme avec l'ADN se fait par la région σ2.3 et l'élément -10.
• Le changement structural ouvre le duplex d'ADN des positions -11 à +2, formant une bulle de 14 nucléotides contenant le site d'initiation.
• Durant cette étape, le brin matrice devient disponible, et le processus ne nécessite pas d'ATP, contrairement aux eucaryotes.

Transcription chez les bactéries : formation du complexe ouvert

• La région -10 subit une dénaturation de l'ADN, favorisée par un grand nombre de liaisons A-T.
• Cette région est retrouvée parmi d'autres promoteurs bactériens de type σ70.
• La séquence consensus de l'élément -10 est TATAAT, possédant deux liaisons hydrogènes, ce qui facilite la séparation.

Transcription bactérienne : la formation du complexe ouvert (isomérisation)

• Déplacement de σ1.1.
• Ouverture de la fente et positionnement de l'ADN.
• La pince se resserre.

Étapes de l'initiation

• Reconnaissance du promoteur par l'holoenzyme.
• Formation du complexe fermé.
• Ouverture de la bulle de transcription.
• Formation du complexe ouvert.
• Formation du complexe initial de transcription.
• Transcriptions avortées.
• Évasion du promoteur.

Transcription bactérienne : Formation du complexe initial

• Les premières liaisons phosphodiesters sont plus difficiles à former.
• Peu de liens hydrogènes pour stabiliser les ribonucléotides en place.
• Le "linker ¾ (ou σ3.2)" maintient les nucléotides dans la bonne orientation au début de la polymérisation.

Transcription : Transcriptions avortées

• Le linker ¼ (ou σ3.2) bloque le canal de sortie de l'ARN (lien avec la phase de transcription avortée).
• La bulle de transcription passe de 14 à 24 nucléotides puis retourne à 14 nucléotides.

Transcription : évasion du promoteur

• Le rembobinage de l'ADN donne l'énergie nécessaire à l'évasion du promoteur.
• La polymérase entre dans la phase d'élongation quand le facteur σ se fait libérer.

Rappel des étapes de la transcription

• Initiation: Attachement au promoteur.
• Élongation.
• Terminaison.

Transcription bactérienne : l'élongation

• Un hybride ARN-ADN contient 8 à 9 nucléotides de l'ARN associés au brin matrice.
• La taille de la bulle de transcription comprend environ 14 nt.
• Translocation inverse et édition (correction).

Transcription : l'élongation et les facteurs

• L'élongation n'a pas de vitesse uniforme.
• Les pauses transcriptionnelles sont fréquentes.
• Ces pauses sont induites par la structure secondaire ou par une modification de la séquence, ou même une erreur.
• Un facteur d'élongation peut favoriser un ↑ ou ↓ pauses.
• La pause est volontaire (correction ou terminaison) ou involontaire (arrêt).
• La plage de vitesse est de 50 à 90 nucléotides/seconde.

Transcription : La correction des erreurs pendant l'élongation

• Une erreur induit une pause transcriptionnelle.
• L'ARN polymérase recule ou fait une édition (pyrophosphorolytique ou hydrolytique).
• L'édition pyrophosphorylique donne une réaction à l'inverse de l'ARN pol pour briser des liens phosphodiester par un seul nucléotide et découper avec un PPi.
• L'édition se fait avec H2O et recule plus de nucléotides et induit un facteur d'élongation analogue TFIIS (eucaryote).

Focus Parenthèse : Exo/Endonucléase

• Nucléase : Enzyme clivant de l'ARN ou ADN (aussi appelée ribonucléase ou ADNase)
• Exonucléase : Coupe à partir d'une extrémité et ne possède pas de reconnaissance de séquence.
• Endonucléase : Coupe l'intérieur et reconnait des séquences ou structures (ex : GRE peut réparer les mésappariements).

Transcription : Arrêt accidentel de l'élongation

• L'ARN polymérase s'arrête et ne peut plus transcrire.
• Une lésion structurale de l'ADN est la cause la plus commune.
• Les systèmes de réparation de l'ADN associé à la transcription (II Génétique) ou la protéine de couplage TRCF peut fixer cela.
• TRCF utilise l'atpase pour pousser l'ARN pol pour retirer en cas de bris et le transcrit n'est pas important, il doit sauver l'ADN et ainsi recrute les machineries de réparations de l'ADN.

Transcription Bactérienne : La formation des complexes de pré-terminaison

• Ceci se produit au début de l'élongation.
• Les complexes de pré-élongation sont des 3 facteurs liés au complexe soit Rho, NusA et NusG.
• NusA se retrouve près du canal de sortie, NusG pénètre le canal NT près de la bulle, Rho se maintient avec NusA, ce qui peut induire les pauses transcriptionnelles pendant l'élongation et la terminaison.

Transcription : Étapes

• Initiation
• Élongation
• Terminaison

Transcription : terminaison dans la transcription bactérienne

• Des séquences de terminaison permettent la terminaison de synthèse avec de l'ARN et ADN et aussi, ferme lac bulle de transcription.

Transcription : Comment se réalise l'étape 3 de la terminaison chez les bactéries

• 2 mécanismes : indépendant (intrinsèque) ou ρ-dépendant.
• E. coli utilise les 2 à 50-50.
• Ses mécanismes consistent en encore un peu nébuleux.

Transcription : L'étape 3, la terminaison en bactéries

• Il ne faut pas utiliser les livres, mais de vérifier des récentes revues et articles.
• Deux articles de cryo-EM en 2019/21 permettent de mieux comprendre ces revues, avec NucG, car Bacillus ne reconnait pas les terminateurs sans ça.

Transcription : Mécanismes ρ-indépendants (terminaisons intrinsèques)

• D'habitude, cela dépend de la séquence.
• Comprend une forme d'hairpin (riche en GC favorisant la pause de l'ARN pol).
• Il existe aussi des régions poly-A au sein du brin, ce qui provoque des mauvaises couples avec la polarité, décrochant l'ARN.

Transcription : Qu'est-ce qui pourrait stimuler la mobilité d'un facteur de terminaison intrinsèque

• Nucs G et Nucs A semblent coordonner cela.
• Nucs A lie l'ARN naissant et aide à la formation des épingles, et des changements altériques peuvent étendre le canal.
• Nucs G peut se combiner avec des séquences polaires T sur le brin, ce qui facilite la pause avec une terminaison intrinsèque.

Transcription : mécanismes de terminaison ρ-dépendants

• Facteur ρ requis
• Un hexamère lié en forme d'anneau avec l'ARN est requis.
• La reconnaissance consiste en l'ARN sur les sites d'utilisations des séquencages de reconnaissance et se retrouvent des séquences riches en Csans structures secondaires.

Transcription : Modèle de terminaison altérique ρ-dépendants

• Liez le facteur ρ au site.
• La polymérase RNAP perd son emprise avec l'ARN, ce qui inhibe le l'attachement du complexe d'élongation.
• Rho se fixe au site rut et induit un changement conformationnel affectant tout le complexe (libération de NusG et ouverture de la pince).

Les facteurs d'élongation comprennent :

• GRCE
• TRCF
• Nucs et Rho
• Facteur d'initiation et sous-unités σ.

Mécanismes transcriptionnels - La pause

• On retrouve des ARN pol qui libèrent la 0-70 et ont remplacés par Nucs A ce qui termine la transcription et reycle par la suite et le signal de termination par L'ARNm.

Mécanismes de la transcription

• ARN polymérases et transcriptions - résumé.
• La transcription s'opère chez les bactéries et chez les eucaryotes.
• L'ARNm détaille les étapes pour la polymerase II avec un résumé des I et III.

ARN polymérases et transcription : distribution, homologies et structures

• Pol I et Pol III ont des points en commun avec Pol II
• Au cœur, il existe certaines sous-unités identiques avec d'autres ARN polymérases et des GTF.
• les sous-unités Beta ou TBP peuvent courber l'ADN.

Synthese des ARN ribosomales par la polymérase I

• Un seul type de script est demandé ce qui donne une grosse production d'ARNr.
• Cet ARN précuseurs peuvent subir des modifications dans le domaine et nécessite une coupe.

ARN Pol I et III

• L'amorçage de la transcription avec des points spécifiques ou similaires et les promoteurs et différents facteurs.
• L'universel TBP ou la sous-unité permet la courbure.

Vidéo

• Une variété de vidéo explique les différents concepts des machineries transcriptionnelles.