Transcription et sa régulation PDF

Transcription et sa régulation Assemblage des exons constitue sa séquence codante. Région régulatrice en 5\' et en 3\', permet l\'initiation de la transcription. L\'ARN polymérase n\'arrive pas toute seule sur le gène elle est positionné par les facteurs impliqué dans le transfert de l\'initiation...

Transcription et sa régulation Assemblage des exons constitue sa séquence codante. Région régulatrice en 5\' et en 3\', permet l\'initiation de la transcription. L\'ARN polymérase n\'arrive pas toute seule sur le gène elle est positionné par les facteurs impliqué dans le transfert de l\'initiation de la transcription. Boite tata riche en T en A site de fixation de tbp. Rôle du promoteur → Assemblage du complexe de la transcription : - Région non transcrite de l'ADN =\> donc n'est pas sur l'ARNm - Située juste en amont du site +1 - Permet le recrutement de Pol II via des séquences (ou "boites") particulières : Le brin matrice est lu par pol II à partir du +1. Synthèse de l\'ARN par complémentarité avec le brin matrice Élongation de l\'ARN de 5\' vers 3 \' L'ARNm est un brin codant → exporté vers le cytoplasme Expression d\'un gène A : - Chromatine ouverte (épigénétique) - Mise en place du complexe d\'initiation de la transcription - Présence de facteurs de transcriptions activateurs spécifiques aide à augmenté de façon efficace et contrôlée la quantité d\'ARNm produite. Les facteurs de transcription peuvent se positionner à distance et mettre en contact l\'ARN et les protéine. Activateur et coactivateur sont des facteurs de transcription. Tous les facteurs sont des protéines ! Facteurs généraux : protéines sont commune et présentent dans toutes les cellules. Spécifique à chaque type cellulaire : facteur de transcription Lorsque les séquence sont activatrice : enhancer Facteur inhibiteur se fixe sur les silencer Il existe différents promoteurs pour les gènes de classe II, en fonction du rôle de la protéine codée : - Protéines présentes dans toutes les cellules → ubiquiste - Protéine présente dans un ou quelque tissus → promoteur tissu-spécifique - Protéine présente en réponse à un stimulus → promoteur inductible Exemple : expression induite d\'un gène par les hormones stéroïdes : → Progestérol , oestradiol, testostérone, cortisol Ce sont des stérols donc des lipides, ce sont des hormones non peptidiques. L\'hormone peut entre dans n\'importe quelle cellule\.... Mécanisme d'action : active la transcription de gènes cibles (inductibles) La cellule cible doit produire un récepteur spécifique appelé récepteur au gluco-corticoïdes ou GR. L\'hormone lipidique franchit la membrane cellulaire et se fixe sur le récepteur dans le cytoplasme. Le complexe hormone/récepteur pénètre dans le noyau où il fonctionne comme un facteur de transcription. Il se fixe dans les régions régulatrices, cible, si ces régions contiennent une séquence particulière (=GRE) reconnue par le complexe GR/H. Enfin activation du gène cible qui se traduit par la production d\'un protéine qui produit par la suite un effet biologique ; Ouverture/fermeture de la chromatine donne la possibilité ou non de transcrire. Les facteurs de transcription détermine l\'efficacité de la transcription et donc la quantité d\'ADN produite. Expression d\'un gène A : - Chromatine ouverte - Présence de facteurs de transcription activateurs spécifiques ; Enhancer Répression d'un gène B : - Chromatine fermée - Présence de facteurs de transcription répresseurs spécifiques ; Silencer I- La maturation de l\'ARN Introns et exons sont transcrits → il faut éliminer les introns parce que seul les exons possèdent la séquence codante. Cette élimination se nomme épissage. Le premier signal de l\'intron se nomme le site donneur il comprend les base G et U, de l\'autre côté on trouve un site accepteur composé des base A et G qui sont constitués à quelques base en amont d\'un A qui forme le site de branchement. Complexe ribonucléoprotéique se fixe au site donneur et accepteur il se rassemblent pour former un spliceosome. IL est éliminé sous la forme d\'une structure que l\'on appel un lariat. Dès le début de la transcription = ajout d\'une coiffe 5\' La coiffe à plusieurs rôle : - Protection de l\'ARNm - Facilite le transport vers le cytoplasme - Contribue à l\'initiation de la traduction. Ajout d\'une queue polyA qui : - Stimule la terminaison de la transcription - Migration vers le cytoplasme - Protection de l'ARNm - Contribue à l'initiation de la traduction Épissage alternatif des ARN messagers : l\'épissage alternatif augmente la capacité codante d\'un génome 2000 gènes codant 60 à 65000 protéines (H. Sapiens). Possibilités d\'épissage alternatif : - exclusion/inclusion d\'exon - site d\'épissage alternatif en 3\' - Site d\'épissage alternatif en 5\' - Exclusion mutuelle d\'exons - Défaut d\'épissage d\'un intron - Promoteur multiples - Sites poly(A) multiples II- De la transcription à la traduction : 1. La stabilité des ARN messagers Le niveau d\'expression d\'un gène dépend aussi de la stabilité de l\'ARN messager produit : - Très stable → beaucoup de protéines - Peu stable → peu de protéines On calcul la stabilité par son temps de présence dans la cellule : Temps de présence d\'un ARNm dans la cellule (½ vie) → qualité de protéine produite Chez l\'homme ½ vie moyenne est d\'environ 3à min (peut varier de quelques minutes à plusieurs heures). 2. Mécanisme de dégradation non spécifique Consiste en le grignotage de l\'ARN messager par des enzyme au niveau de la queue poly A ou de la coiffe. C\'est ce qui aboutit à la dégradation de l\'ARNm, cet ARN ne pourra pas être traduit. La dégradation se produit dès que l\'ARNm arrive dans le cytoplasme. On a un équilibre qui se fait entre traduction et dégradation, la même molécule ne peut pas être dégradé et traduite. 3. Dégradation spécifique : la voie des micro-ARN Micro ARN = miARN ou miR → ce sont des tout petit ARN de 22 bases. Ils sont d\'abords produits par les miARN précurseur, ces séquence de miARN peuvent s\'auto aparier par complémentarité de bases. 1\. Ce miARN précurseur est transcrit dans le noyau sous la forme d'un précurseur beaucoup plus grand, comportant une coiffe et une queue polyA. 2\. Avant de quitté le noyau, on a une première maturation par coupure (on enlève la queue et la coiffe) → il va rester ce que l'on appelle une « épingle à cheveux ». 3\. Puis, il subit une deuxième coupure dans le cytoplasme pour enlever la tête de l'épingle à cheveux par une protéine DICER → passage d'un pré miARN (miARN précurseur) à un miARN (mature) double brin. 4.Il reste un petit ARN double brin qui s'associe avec une protéine appelée argonaute. La protéine argonaute va s'associer avec d'autres protéines pour former le complexe RISC → l'ARN qui était double brin va perdre un brin (le brin passager → il va être éjecté) et va garder un brin (le brin guide). Ce brin guide reste dans le complexe RISC. Complexe RISC = brin guide + argonaute (+ autres protéines associées à cette protéine). Les cellules codent elles même les mirs. Ils régulent la dégradation de l'ARNm dont ils sont complémentaires l existe plusieurs catégories de petits ARN cellulaires : - miR : gènes présents dans le génome (ADN) nucléaire (qq fois dans les introns de gènes codant les protéines). Précurseur produit par ARN pol-II = ARN sb (pri-miR). Régulation de la transcription. - siARN : le précurseur est un ARN exogène (db ou hairpin longue). Le mécanisme de maturation et mode d'action sont les mêmes que ceux des miR. - piARN : contrôle des retro-transposons (voir dernière partie du cours) en particulier dans les lignées germinales mâles. Mécanisme de maturation/d'action différents des miR ou siARN =\> autres protéines partenaires. Tous sont impliqués dans le contrôle post-transcriptionnel de l'expression des gènes, mais également dans l'organisation chromatinienne (mCpG et modification des histones) par des mécanismes complexes. Acteurs épigénétiques. Les ARN non dégradés sont pris en charge dans la traduction : L\'ARN messager traduit : - Il est lu de 5\' vers 3\' - La protéine est synthétisée de l\'extrémité amino (nH2) terminale vers l\'extrémité carboxyl (COOH) terminale. En 5\' et en 3\' il y a 2 régions non traduite se sont des UTR, ils servent à réguler la traduction. 4. Les facteurs d\'élongation Ce sont des protéines couplés à des protéines de liaison à la queue polyA. ARNm : - Simple brin - Séquence codante Ribosomes : - 2 sous unité - ARNr + protéine ARNt : - Anticodon «  bases - Présente les acides aminés Dans le ribosome il y a un site P un site E et un Site A qui se déplace de 3 bases en 3 bases, il y a une fonction particulière rattaché à chacun de ces sites. 3 étapes de la traduction : - Initiation : fixation du ribosome au codon d\'initiation - Élongation : la chaîne polypeptidique s\'allonge par ajout successif d\'acides aminés - Terminaison : quand le codon stop est lu, la protéine est relarguée et le ribosome se dissocie. Initiation : : Le complexe elF4E/elF4G fixé à la coiffe et à la queue polyA est reconnu par la petite sous-unité du ribosome, chargée avec l'ARNt initiateur et elF2. La petite sous unité du ribosome se position sur la coiffe (côté 5\'), puis glisse le long de l\'ARNm jusqu\'au codon AUG. La grande sous unité du ribosome vient se positionner sur la petite au niveau du codon AUG. La machinerie est prête à traduire l\'ARNm. Les protéines importantes pour l\'initiation de la transcription : - Les facteurs d'élongation - elF4E, elF4G : sur l'ARNm - elF2 : sur la petite sous-unité du ribosome Terminaison : lorsque le ribosome arrive sur le codon stop, pas d\'ARNt de transfert correspondant mais une protéine de fixation du facteur de relargage. Le ribosome avance, faisant passer le facteur de relargage de la position A à la position P. L'ensemble se dissocie, libérant l'ARNm (qui peut être à nouveau traduit) et la protéine, qui va jouer son rôle. La traduction et la traduction sont bien régulée. Chacun des mécanismes de régulation permet à la cellule de produire la quantité et la qualité d\'ARN messager dont elle a besoin. III- Cycle cellulaire et réplication 1. Cycle cellulaire Processus par lequel une cellule se divise pour donner deux cellules filles identique et identique à elle même. Le cycle cellulaire passe par la réplication de l\'ADN au moment de l\'interphase. Quand les cellules ne sont pas entrain de se diviser il y a une seule chromatide et les chromosomes sont sous forme d\'hétérochromatine. La phase G0 : Cellules quiescentes : cellules souches en cours de différenciation → alternance différenciation/division ; cellules en phase finale de différenciation → absence de vision, sauf régénération tissulaire (pour certains types cellulaires.) Cellules fonctionnelles. Cellule sénescentes : vers l\'apoptose, si l\'ADN lésé rend les cellules filles non viables. Cellules non fonctionnelles. Pour quitter la phase G0, il faut recevoir des signaux extracellulaire mitogène : Les 4 phases du cycle cellulaire sont : - G1 - S - G2 - M Signal qui déclenche une la division cellulaire, cette cascade commence par la fixation de facteur mitogène sur un récepteur membranaire. Ils sont capable d\'induire la formation ou la croissance de nouveau tissus ainsi que la réparation des blessures. Certains signaux sont spécifique d\'un tissu/type cellulaire : FGF (pour les fibroblastes) et VFGF. D\'autres facteurs sont pléiotropes où ubiquistes ça veut dire qu\'ils peuvent faire se diviser n\'importe quelles cellules. Ce sont EGF et PDGF. Les éléments clé de la cascade : - Récepteur au facteur mitotique - La protéine RAS - Les MAP kinases (Erk1/Erk2) - Les facteurs de transcriptions AP1 et c-MYC - La cycline G1-Cdk Les MAP kinases sont activés par les protéine RAS. La dernière protéine MAP est oxydé et active les facteurs de transcription. La cycline d activé par MYC se retrouve dans la cellule et converti rb en rb phosphorylé qui se désassocie de EZF. Quand certains éléments clés sont muté on les appel proto-oncogène. La protéine RAS par exemple si elle est mutée, elle reste tout le temps active, et peut être à l\'origine de tumeurs. Un cycle cellulaire complet dure 48h. Sur ces 48h la mitose n\'occupe qu\'une heure et la synthèse de l\'ADN occupe 10 à 12 heures. Phase G1 : Phase de croissance et de préparation à la réplication Phase S : réplication de l\'ADN Phase G2 : Croissance et préparation de la mitose Phase M : séparation des chromosomes et division cellulaire Points de contrôle = checkpoints Premier point de contrôle permet à la cellule de basculer en phase s, il y a aussi un point de control entre la phase G2 et la phase M et pour finir il y a un point de contrôle fusorial. Point de contrôle G1/S : - Facteurs de croissance - État nutritionnel de la cellule - taille de la cellule Point de contrôle G2/M : - Réplication terminée - Intégrité de l\'ADN Point de contrôle fusorial : - Chromosome fixés à la plaque métaphasique LE cycle cellulaire est régulé par des complexes protéines nommés cyclines kinases dépendantes des cycline (CDK). Elles permettent le franchissement des points de contrôle. La cycline active la Cdk ce qui donne le Cdk-P. La Cdk activée contrôle une phase du cycle cellulaire à travers des phosphoprotéines cibles. Les cyclines activent les Cdk par un changement de conformation qui permet à la Cdk d'être phosphorylée par des kinases spécifiques. Chaque cycline apparaît puis disparaît au moment où la cellule en a besoin pour réaliser une des phases du cycle cellulaire. La protéase APC/C est responsable du franchissement du dernier point. G1 : CyclineD-cdk4 et G1/S : CyclineD-cdk6 Engagent la cellule dans le cycle par l'inactivation de Rb (phosphorylation) = libération des facteurs de transcription E2F = activation des gènes Cyclines E et A + autres gènes CyclineE-cdk2 S : CyclineA-cdk2 et S/G2 CyclineA-cdk1 : Stimulent la réplication des chromosomes par activation de facteurs spécifiques et inactivation des facteurs de G1. Induisent la duplication du centromère. Inhibent la dégradation de cycline B = accumulation G2/M : CyclineB-cdk1 Stimule l'entrée en mitose par phosphorylation de nbx substrats M: APC/C Provoque la protéolyse des cyclines A et B Les complexe cycline cdk permet de franchir les points de contrôles. 2. Réplication Avant la réplication molécule d\'ADN double brin. Elle se prépare en phase G1, la cellule assemble au niveau des origines de réplication les protéines dont elle a besoin pour organiser la fourche de réplication. Ces protéines sont les complexes préréplicatifs. Ces complexes protéiques sont composé de plusieurs protéines dont l\'hélicase qui est très importante pour ouvrir la double hélice. Lorsque la cycline E-cdk2 est activé elle transforme le complexe préréplicatif e complexe réplicatif. On constitue autour de la phase S les fourches de réplication, la réplication comme au niveau de l\'origine de 5\' vers 3\', construction d\'un brin complémentaire sous la forme d\'un brin précoce. L\'avancée de la fourche de réplication de permet pas à l\'ARN polymérase de faire une synthèse direct, elle fabrique ce que l\'on appel les fragments d\'Okazaki. ADN est maintenue sous forme simple brin. ADN polymérases impliquées (eucaryotes) : 1/ Pol (primase) Synthétise les amorces ARN (brin direct et retardé) et rajoute qq bases d'ADN à ces amorces ARN. 2/ Pol Synthétise les brins direct et retardé à partir des amorces faites par Pol  Propriétés "correctives". 3/ Pol Synthétise le brin retardé à partir des amorces faites par Pol  Propriétés "correctives". Les autres protéines : *Topoisomérase :* Déroule la double hélice d'ADN devant la fourche de réplication *Hélicase* Dissocie les liaisons hydrogène qui assemblent les deux brins SSBP Protéines de liaison à l'ADN simple brin : stabilise l'ADN "dissocié" Ribonucléase Détruit les amorces ARN ADN ligase Relie entre eux les fragments d\'Okazaki en un brin continu A chaque division cellulaire, les chromosomes perdent un peu d\'ADN à chaque extrémité, c\'est ce que l\'on appel l'érosion des télomères. C\'est une érosion de 50 à 100 paire de base à chaque cycle. Impacte de l\'érosion limité de 2 façon : Télomères : Répétitions (x2000) d'une courte séquence 5'-TTAGGG-3' (chez l'homme) = ADN satellite Télomérase : Enzyme qui répare les télomères. LA télomérase est présente uniquement dans les cellules souches embryonnaire. Lorsque la cellule devient différencié les télomères sont raccourcit. Les cellules cancéreuse réactive les gène rallongeant les télomères donc leurs télomères ne sont pas endommagés. Dolly : premier mammifère codé à partir de cellules de glandes mammaire. Elle est morte à 5/6 avec toutes les manifestation du brebis âgés parce qu\'elle a été fabriqués à partir de noyaux assez anciens. Au moment de la réplication la fourche dissocie les nucléosome, qui se reconstituent lorsque la réplication est terminée derrière la fourche de réplication. Il y a donc un besoin d\'histone supplémentaire. Lorsque la fourche passe dans une région où la chromatine est modifié : nucléosomes parentaux porteurs d'histones modifiées. La moitié seulement des nucléosomes fils portent des histones modifiées. La distribution parentale des nucléosomes des histones modifiées est rétablie par des complexes enzymatiques qui « recopient » les modifications présentes sur certaines histones. Préservation du message épigénétique et donc de l\'identité de la cellule au cours de la division. Pour conclure : - réplication fidèle de l'ADN - préservation du profil de méthylation des histone - méthylation de l'ADN - préservation du profil épigénétique de régulation de l\'expression des gènes - synthèse accrue des protéines chromatinienne.