Transcription eucaryote et ARN polymérases

Transcription chez les eucaryotes

• La transcription est le processus par lequel les gènes codant des protéines sont transcrits en ARN messagers correspondants.
• Chez les eucaryotes, la transcription des gènes codant des protéines a lieu dans le noyau.
• Les gènes eucaryotes sont structurés en mosaïque : exons (codants) et introns (non codants).
• Un gène est transcrit en un ARN pré-messager (transcrit primaire) contenant exons et introns.
• L'épissage est l'étape de maturation de l'ARN pré-messager où les introns sont retirés et les exons sont liés ensemble.
• L'ARN messager, composé uniquement d'exons, est coiffé en 5' et polyadénylé en 3'.
• La transcription se décompose en initiation, élongation et terminaison, suivie de la maturation du transcrit primaire chez les eucaryotes.

ARN polymérases eucaryotes

• Les eucaryotes possèdent trois ARN polymérases.
  • L'ARN polymérase I transcrit l'ARN ribosomal dans le nucléole.
  • L'ARN polymérase II transcrit l'ARN messager dans le noyau (principal intérêt).
  • L'ARN polymérase III transcrit les petits ARN ribosomaux nucléaires et les ARN cytoplasmiques (mitochondries, chloroplastes).
• L'ARN polymérase est assistée par des facteurs de transcription, des protéines qui modulent son activité.
• Les facteurs de transcription sont nommés TFII (transcription factor for RNA polymerase II) suivis d'une lettre (A, B, D, E, F, H).

Initiation de la transcription

• Le promoteur est la région en amont du site d'initiation (+1) et contient la boîte TATA (riche en adénine et thymine).
• TFII D est le premier facteur à se fixer sur la boîte TATA grâce à la TATA binding protein (TBP).
• La fixation de TFII D provoque une courbure de l'ADN d'environ 80 degrés, facilitant la fixation d'autres facteurs.
• TFII A stabilise la liaison de TFII D avec le promoteur.
• TFII B interagit avec la TBP et le promoteur en aval de la boîte TATA, et recrute l'ARN polymérase.
• TFII F accompagne l'ARN polymérase et empêche sa liaison à l'ADN en dehors du promoteur.
• L'assemblage de l'ARN polymérase, des facteurs de transcription et de l'ADN forme le complexe de pré-initiation (PIC).
• TFII E se lie au complexe de pré-initiation et permet la liaison de TFII H.
• TFII H est un complexe protéique avec une activité ATPasique, agissant comme une hélicase pour séparer les brins d'ADN.
• TFII H possède également une activité kinase qui phosphoryle la queue C-terminale (CTD) de l'ARN polymérase.
• La phosphorylation de la CTD conduit à l'échappement de l'ARN polymérase du promoteur et au début de l'élongation.
• Récapitulatif des facteurs de transcription et leurs rôles:
  • TFII D : Reconnaissance du promoteur (boîte TATA) et recrutement de TFII B.
  • TFII A : Stabilise TFII D sur le promoteur.
  • TFII B : Recrute l'ARN polymérase.
  • TFII F : Lie l'ARN polymérase au promoteur.
  • TFII E : Recrute et module l'activité de TFII H.
  • TFII H : Dissocie les brins d'ADN et les ré-apparait après le passage de l'ARN polymérase.

Élongation

• L'ARN polymérase catalyse l'élongation de l'ARN messager naissant.
• Les facteurs d'élongation TFII S et P-TEFB assistent l'ARN polymérase.
• P-TEFB est recruté par des activateurs de transcription et phosphoryle la CTD de l'ARN polymérase, stimulant l'élongation.
• TFII S augmente la vitesse de transcription et empêche les pauses de l'ARN polymérase.

Maturation de l'ARN pré-messager

• La maturation comprend trois étapes essentielles.
  • Coiffe en 5' : ajout d'une structure protectrice en 5' dès le début de la transcription.
  • Polyadénylation en 3' : ajout d'une séquence poly(A) en 3' après la fin de la transcription.
  • Épissage : élimination des introns et jonction des exons, après la fin de la transcription.

Coiffe en 5'

• L'ARN triphosphatase clive le phosphate gamma de l'extrémité 5' du transcrit.
• La guanylyltransférase relie le phosphate bêta du premier nucléotide au phosphate gamma du GTP.
• Une méthyltransférase ajoute un groupement méthyle à la guanine.
• Rôle de la coiffe en 5'.
  • Protège l'extrémité 5' contre la dégradation par les exonucléases.
  • Permet l'export de l'ARN messager dans le cytoplasme et son recrutement par les ribosomes.

Terminaison

• La terminaison a lieu lorsque l'ARN polymérase atteint la fin du gène.
• La CTD de l'ARN polymérase interagit avec les facteurs CstF et CPSF.
• CstF clive l'ARN pré-messager, puis se dissocie.
• CPSF recrute la poly(A) polymérase, qui ajoute environ 200 résidus d'adénine à l'extrémité 3'.
• Rôles de la queue poly(A).
  • Protège contre la dégradation.
  • Adresse l'ARN messager vers le cytoplasme.
• La liaison de la poly(A) binding protein à la queue poly(A) assure la protection contre la dégradation.
• Le transcrit primaire (ARN pré-messager) est coiffé en 5' et polyadénylé en 3'.
• L'épissage permet d'exciser les introns, résultant en un ARN messager mature prêt à être exporté pour la traduction.