Synthèse, maturation et métabolisme de l'ARN (2019-2020) PDF

BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE 2019-2020 1 UMONS – Pr. AE DECLEVES  Plan de Cours CHAPITRE 0. Rappel - Contexte CHAPITRE 1. Les glucides importants sur le plan physiologique CHAPITRE 2. Glycolyse et oxydation du pyruva...

BIOCHIMIE MÉTABOLIQUE 2019-2020 1 UMONS – Pr. AE DECLEVES  Plan de Cours CHAPITRE 0. Rappel - Contexte CHAPITRE 1. Les glucides importants sur le plan physiologique CHAPITRE 2. Glycolyse et oxydation du pyruvate CHAPITRE 3. Le cycle du citrate CHAPITRE 4. La phosphorylation oxydative CHAPITRE 5. Métabolisme du glycogène CHAPITRE 6. Néoglucogenèse et contrôle de la glycémie CHAPITRE 7. Voie des pentoses phosphates et autres voies métaboliques CHAPITRE 8. Lipides importants sur le plan physiologique CHAPITRE 9. Oxydation des acides gras - cétogenèse CHAPITRE 10. Biosynthèse des acides gras CHAPITRE 11. Métabolisme des acylglycérols et des sphingolipides CHAPITRE 12. Synthèse, transport et excrétion du cholestérol CHAPITRE 13. Vue d’ensemble du métabolisme CHAPITRE 14. Métabolisme de l’azote 2  Plan de Cours CHAPITRE 15. Nucléotides et acides nucléiques CHAPITRE 16. Métabolisme des nucléotides puriques et pyrimidiques CHAPITRE 17. Structure et fonction des acides nucléiques CHAPITRE 18. Organisation, réplication et réparation de l’ADN CHAPITRE 19. Synthèse, maturation et métabolisme de l’ARN CHAPITRE 20. Synthèse protéique et code génétique CHAPITRE 21. Génie génétique 3  Chapitres 19 Synthèse, maturation et métabolisme de l’ARN 1. Overview 2. Mécanisme de transcription par étapes 3. Processus de maturation de l’ARNm 4. Stabilité/dégradation des ARNm 4 19 FLUX DE L’INFORMATION GÉNIQUE Mécanisme de Transcription La transcription= copie du brin d’ADN matrice en transcrit primaire (ARN) 5 Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 19 Signal « on » ou « off » → Capacité à répondre à son environnement! 6 Biochemistry: concepts and connections. Ed. Pearson 19.1 OVERVIEW 3’ 5’ Brin sens Brin antisens Conditions nécessaires: 1. Une matrice d’ADN double brin 2. D’un brin d’ADN matrice (3’ → 5’) (brin antisens) 3. D’un brin d’ADN codant (5’ → 3’) (brin sens ou brin complémentaire au brin matrice) 4. Des nucléotides (NTP) → ARN A,U,G,C 5. ARN Polymérase 7 6. Un ou plusieurs cofacteur(s) protéique(s)Biochemistry: concepts and connections – Pearson Education 19.1 OVERVIEW: PROKARYOTES VS EUKARYOTES PROCARYOTES →une seule ARN polymérase 8 Biologie moléculaire de la cellule – DeBoeck Superieur Biochemistry: concepts and connections – Pearson Education 19.1 OVERVIEW: PROKARYOTES VS EUKARYOTES ➔ ARN polymérases Chez les eucaryotes: LncARN + snARN miARN 9 19.2 LA TRANSCRIPTION PAR ÉTAPES 1. Initiation 2. Elongation 3. Terminaison Brin codant ou sens Brin matrice ou antisens 10 Biologie moléculaire de la cellule – DeBoeck Superieur 19.2 Les gènes peuvent être transcrits sur les 2 brins de l’ADN Figure 36–1. Brin matrice selon l’orientation du gène 11 19.2.1 LA TRANSCRIPTION PAR ÉTAPES 1. Initiation ➔Remodelage de la chromatine précède la transcription (chez les eucaryotes) ➔Reconnaissance de la région promotrice ainsi que des régions régulatrices du gène par des protéines spécifiques ➔ facteurs généraux de la transcription ➔ activateurs et répresseurs Simple chez les procaryotes Complexe chez les eucaryotes 12 19.2.1 Un gène bactérien: promoteur + gène de structure Figure 36–5. 13 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.2.1 Schéma des régions de contrôle de la transcription d’un gène eucaryote hypothétique Figure 36–8. Éléments régulateurs fonctionnant à distance Tous ces éléments cis (= petite séquence d’ADN) lient des facteurs trans (= protéines) présents dans la cellule => recrutent ARN polymérase au niveau du promoteur 14 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.2.2 LA TRANSCRIPTION PAR ÉTAPES 2. Elongation Brin matrice ou antisens Brin codant ou sens La polymérisation de l'ARN (pas besoin d’amorce) se déroule de 5' vers 3’ ADN continuellement déroulé (bulle de transcription)…. 15 Biochemistry: concepts and connections – Pearson Education 19.2.2 Elongation de la chaîne – Ajout successif à l’extrémité 3’-OH de la molécule d’ARN naissante 16 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.2.2 Elongation de la chaîne – Ajout successif à l’extrémité 3’-OH de la molécule d’ARN naissante 17 19.2.2 Elongation de la chaîne – Ajout successif à l’extrémité 3’-OH de la molécule d’ARN naissante 18 19.2.2 Elongation de la chaîne – Ajout successif à l’extrémité 3’-OH de la molécule d’ARN naissante 19 19.2.2 Elongation de la chaîne – Ajout successif à l’extrémité 3’-OH de la molécule d’ARN naissante 20 19.2.2 Elongation de la chaîne Cycle de la transcription chez la bactérie Figure 36–3. 21 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.2.3 3. Terminaison de la chaîne ➔Reconnaissance de signaux de terminaison en aval de la séquence codante des gènes Arrêt de la polymérisation de l’ARN Libération du transcrit d’ARN Dissociation de l’ARN polymérase et de l’ADN matriciel Signal de terminaison: ➔ Via 2 processus → (1) indépendant et (2) dépendant d’un facteur protéique 22 19.2.3 3. Terminaison de la chaîne ➔Chez les procaryotes: 2 mécanismes alternatifs : - indépendant de facteur protéique - dépendant de facteur protéique 23 19.2.3 ➔Chez les procaryotes: 2 mécanismes alternatifs : - indépendant de facteur protéique → 2 séquences répétées inversées riches en GC → 1 région riche AT → Structure en épingle à cheveux d’ARN 24 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.2.3 ➔Chez les eucaryotes: mécanismes moins connus → Présence de « sites de pause » sur la séquence d’ADN = signal pour l’ARN pol de faire une pause ou de terminer la transcription → durant la pause, l’ARN pol peut subir un changement de conformation permettant la fixation de protéines régulatrices → Terminaison 25 19.3 MATURATION DE L’ARNm Eucaryotes: A. ARNm → coiffe en 5’ et une queue poly(A) en 3’ B. Epissage (alternatif) → retire les introns des gènes 26 19.3.1 Les ARN messagers des eucaryotes ➔Structures particulières Extrémité 5’: coiffe Ajouté de façon co-transcriptionnelle Rôles: - protection contre ribonucléases - reconnaissance de l’ARNm par machinerie de traduction Extrémité 3’: queue polyA 20 à 250 résidus A ajoutés au 3’OH Ajouté après la transcription = modification post-transcriptionnelle Rôles: - assurer la stabilité intracellulaire - protection contre ribonucléases - facilite la traduction 27 19.3.1 Terminaison de la transcription et ajout de la queue poly(A) Signal spécifique reconnu par une endonucléase Ajout de la queue poly (A) par la poly (A) polymérase Participe à la maturation et à l’activité de l’ARNm; Participe à l’exportation des ARNm matures du noyau vers le cytoplasme. 28 19.3.2 Vue d’ensemble de la transcription chez les eucaryotes + processus d’épissage Poly A addition signal polyA 29 http://www.crcl.fr/ 19.3.2 B. Epissage de l’ARN messager Séquences consensus pour l’épissage du pre-ARNm aux jonctions exon/intron/exon. Séquences consensus des jonctions d’épissage. La séquence 5’ (donneuse ou gauche) et la séquence 3’ (receveuse ou droite) sont représentées. La séquence consensus du site de branchement chez la levure (UACUAAC) est également représentée. Dans les cellules de mammifères cette séquence consensus est PyNPyPyPuAPy, où Py est une pyrimidine, Pu est une purine et N n’importe quel nucléotide. Le site de branchement est situé 20 à 40 nucléotides en amont du site 3’ d’épissage. 30 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.3.2 Epissage de l’ARN messager: Vue générale 31 19.3.2 Epissage de l’ARN messager Etape 1 32 19.3.2 Epissage de l’ARN messager Etape 2 33 19.3.2 Epissage de l’ARN messager Etape 3 34 19.3.2 Complexité du protéome >>> génome! Une comparaison du génome humain avec le transcriptome et le protéome d’un même tissu Près de 10 protéines différentes exprimées par un seul gène! Comment exprimer plusieurs protéines à partir d’un même gène? 35 19.3.2 Différentes maturations d’un ARN messager => différentes protéines Figure 36–15. Cette forme de maturation des ARNm implique d’une part l’inclusion ou l’exclusion sélective d’exons par utilisation de sites alternatifs, donneurs en 5’ ou accepteurs en 3’ et d’autre part l’utilisation de différents sites de polyadénylation. 36 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.3.2 Chez les eucaryotes, la séquence de l’ARN mature comprend: → pour complexe d’initiation Codon de terminaison de la traduction (UAG, UGA ou UAA) →Assemblage du ribosome → → traduction 37 19.3.4 Maturation de l’ARNm et transport hors du noyau ➔ Mécanismes étroitement coordonnés FIGURE 36-12 38 Biochimie de Harper – DeBoeck Superieur 19.4.1 STABILITÉ/DÉGRADATION DE L’ARNm Durée de vie ARNm est variable Ex. ARNm intervenant dans les mécanismes post-prandiaux ont une durée de vie de ~2h et sont donc retranscrit après chaque repas Dépend surtout de la vitesse à laquelle sa queue poly(A) est raccourcie par l’activité d’exonucléases (désadénylases): si trop raccourcie = signal pour être dégradé. 39 19.4.1 Dégradation des ARN: 40 Biochimie de Pratt – DeBoeck Superieur 19 CONCEPTS IMPORTANTS: LA TRANSCRIPTION DE L’ARN La transcription est catalysée par des ARN polymérases ADN dépendant. Elle nécessite l’utilisation de ribonucléotide triP afin de synthétiser un ARN complémentaire au brin matrice d’ADN. La transcription procède en plusieurs étapes: interaction au promoteur, initiation, élongation et terminaison. L’ARN polymérase bactérienne possède une sous-unité indispensable à la reconnaissance du promoteur. Trois ARN polymérases existent chez les eucaryotes. L’ARN polymérase II qui synthétise les ARNm nécessite l’intervention de nombreux facteurs de transcription afin de procéder à l’initiation. L’extrémité C-terminal de l’ARN polymérase doit être phosphorylée afin de démarrer l’élongation. Les ARNm eucaryotes subissent une maturation par l’ajout d’une coiffe en position 5’ et d’une queue poly(A) en 3’. Les transcrits primaires contiennent les exons et introns. Ces derniers doivent être enlevés par le processus d’épissage. La majorité des transcrits pré-ARNm subissent l’épissage via le complexe du spliceosome. 41