Cours Magistral 2 - La Transcription - Biologie Moléculaire - 2024-2025 PDF

Biologie Moléculaire – CM2 – La Transcription ou Expression Génique Ce document est la propriété d’Aix Marseille Université, il ne peut être diffusé ou reproduit. UE Biologie – Portail Pasteur Cf Arti...

Biologie Moléculaire – CM2 – La Transcription ou Expression Génique Ce document est la propriété d’Aix Marseille Université, il ne peut être diffusé ou reproduit. UE Biologie – Portail Pasteur Cf Articles 3.2 et 4 des Conditions Ce Générales d’Utilisation document deopriété est la pr la plat e-forme d’Aix pédagogique Mar seille Université AMeTICE, il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 1 Le dogme central de la biologie moléculaire Réplication ADN Information centrale Transcription ARN messager Message codé Le flux de l’information génétique est unidirectionnel Traduction Protéines Acides aminés décodés Fonctions Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 2 Le dogme central de la biologie moléculaire Réplication ADN Information centrale Transcription L’information portée par un ARN messager gène (ADN) doit, avant d’être Message codé convertie en protéine, être réécrite (transcrite) en ARN Traduction Protéines Acides aminés décodés Fonctions Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 3  1- Gène: Définition & structure Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 4  Rappel: qu’est-ce qu’un génome? ✓ Ensemble de l’information héréditaire d’un organisme présent dans chaque cellule. Constitué de gènes mais également de régions intergéniques pouvant avoir un rôle de régulation. ✓ Chez les eucaryotes, seulement 3% de l'ADN code pour des protéines, des ARNr ou des ARNt et 97% est non codant (entre les gènes et à l’intérieur des gènes) ✓ La taille du génome varie de: - quelques dizaines de milliers de pb pour le génome d’un virus - quelques millions de pb pour une bactérie (procaryote) - 3,4 milliards de pb pour le génome humain - 16 milliards de pb pour le génome du blé - 150 milliards de pb pour le génome de l’arbuste Paris japonica Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 5  Qu’est-ce qu’un gène? ✓ Il y a un siècle, un gène était un concept largement abstrait ✓ C’était « quelque chose » qui transmettait une caractéristique du parent à l’enfant, comme la couleur des yeux ou une maladie ✓ Mais nous n’avions aucune idée de ce que pouvait bien être ce « quelque chose » ni de la façon dont il fonctionnait Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 6  Qu’est-ce qu’un gène? ✓ Dans la première moitié du XXe siècle, on découvrait qu’un gène est un morceau d’ADN et que chaque gène était associé à une protéine Chromosome procaryote Fonction biologique Protéine Plasmide Chromosome eucaryote Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 7  Qu’est-ce qu’un gène? ✓ Dans la première moitié du XXe siècle, on découvrait qu’un gène est un morceau d’ADN et que chaque gène était associé à une protéine ➔ pas absolument vrai ! Chromosome procaryote Fonction biologique Protéine Fonction biologique Plasmide Chromosome eucaryote ARN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 8  Définition d’un gène ✓ Un gène est une «région» d’ADN située sur un chromosome et qui porte le plan de fabrication d’un ARN, qui peut coder ou non une protéine. C’est une unité de transcription qui comprend le promoteur. ✓ Le gène est une unité d’information: il contient les “instructions” d’un programme génétique et “détermine” l’apparition d’un caractère phénotypique. Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 9  Structure générale d’un gène gène Début de la transcription Fin de la transcription ADN 5’- promoteur t -3’ t=terminateur Transcription ARN 5’- -3’ ✓ Exemples d’ARN non traduits: - ARNs de structure (ARN ribosomiques, ARN de transfert, ARN de la télomérase etc…) - ARNs régulateurs (MicroARN….) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 10  Structure des gènes procaryote gène Début de la transcription Fin de la transcription ADN 5’- promoteur séquence codante -3’ Début Fin traduction Transcription traduction AUG STOP ARN 5’- UTR5’ séquence codante UTR3’ -3’ S.D Traduction Protéine Un ARN monocistronique = une protéine ✓ Les gènes procaryotes NE sont PAS morcelés UTR : Untranslated Region, région transcrite non traduite S.D: Shine-Dalgarno = site de fixation du ribosome Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 11  Structure des gènes procaryote gène Début de la transcription Fin de la transcription ADN 5’- promoteur séquences codantes -3’ Transcription AUG STOP AUG STOP AUG STOP AUG STOP Séquence Séquence Séquence Séquence ARN 5’- UTR5’ codante 1 codante 2 codante 3 codante 4 UTR3’ -3’ S.D S.D S.D S.D Traduction Protéine 1 Protéine 2 Protéine 3 Protéine 4 Un ARN polycistronique = plusieurs protéines Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 12  Structure d’un gène eucaryote gène Début de la transcription Fin de la transcription ADN 5’- promoteur -3’ Transcription ARN 5’- UTR5’ UTR3’ -3’ Début Fin Différence avec traduction Maturation traduction les organismes AUG STOP procaryotes ARN mature 5’- séquence codante -3’ traduction Protéine Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 13  Structure d’un gène eucaryote ✓ Les gènes eucaryotes sont morcelés: ils contiennent des introns et des exons ✓ Les ARN eucaryotes sont monocistroniques: ils ne produisent qu’une seule protéine +1 ATG STOP ADN 5’- promoteur UTR 5’ EX intron 1 EX Intron 2 EX IN EX UTR 3’ -3’ Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 transcription AUG STOP ARN non mature ou pré messager 5’- UTR 5’ EX intron 1 EX Intron 2 EX IN EX UTR 3’ -3’ maturation ARNm mature ou messager 5’ mG UTR 5’ AAAAAAAA3’ EX EX EX EX UTR 3’ (Exons seulement) - Exon: séquence conservée dans l’ARN mature. EX= exon codant = séquence codant la protéine; UTR= exon non codant - Intron (IN) = séquence non codante absente dans l’ARN mature Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 14  Répartition des gènes sur l’ADN ✓ Puisque l’ADN est double brin: les gènes sont répartis sur les deux brins de l’ADN dans une proportion 50/50 ✓ Dans de rares cas, les gènes sont chevauchants ✓ Quelle que soit sa position, un gène est toujours lu de 5’ vers 3’ Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 15  Le dogme central de la biologie moléculaire ADN Information centrale Transcription ✓ L’ADN n’est pas directement utilisé pour produire des protéines MAIS il passe par un intermédiaire: l’ARN messager (ARNm) ARN messager ✓ La transcription est donc le processus qui permet la synthèse Message codé d’un ARN qui sera la copie d’une région de l’ADN (du gène) Traduction ✓ Chez les eucaryotes, la transcription se déroule dans le noyau Protéines ✓ Chez les procaryotes, la transcription se déroule dans le Acides aminés décodés cytoplasme Fonctions Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 16  2- L’ARN: structure et fonction Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 17  L'acide ribonucléique: ARN ✓ L'acide ribonucléique (ARN) est un polymère de nucléotides composé de: Quatre bases azotées contenant un Un sucre de type Un groupement noyau purine ou pyrimidine pentose (C5) phosphate A/G U/C Ribose Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 18  L'acide ribonucléique: ARN ✓ L'acide ribonucléique (ARN) est un polymère de nucléotides similaire à l'ADN avec quatre différences majeures: ✓ L'ARN est généralement simple brin, (sauf chez quelques organismes: rétrovirus ➔ rotavirus) ✓ Le sucre désoxyribose est remplacé par un ribose ✓ La base thymine est remplacée par un uracile ✓ L'ARN est court (50 à 5000 nucléotides et non pas des millions comme dans l'ADN) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 19  L'acide ribonucléique: ARN ✓ Dans l’ARN, le sucre présent au niveau des nucléotides est le ribose ✓ La présence du groupement hydroxyle (OH) rend l’ARN très réactif et donc moins stable que l’ADN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 20  L'acide ribonucléique: ARN ✓ L’ARN est constitué de 2 bases puriques (A et G) et de 2 bases pyrimidiques C et U ✓ L'uracile est une base azotée spécifique à l'ARN ✓ L’ARN ne possède pas de thymine ✓ L'uracile peut former deux liaisons hydrogènes avec l'adénine Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 21  Nature chimique de l’ARN T U C C G G A A ADN ARN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 22  Structure de l’ARN ✓ Structure primaire: séquence de nucléotides 5’-GGGGCUGAUUCUGGAUUCGACGGGAAACCGGACGCGGGUUCAACUCCCGCCAGCUCCACCA-3’ Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 23  Structure de l’ARN ✓ Structure primaire: séquence de nucléotides 5’-GGGGCUGAUUCUGGAUUCGACGGGAAACCGGACGCGGGUUCAACUCCCGCCAGCUCCACCA-3’ ✓ Structure secondaire: interaction entre séquences complémentaires, appariements internes ✓ L'uracile peut aussi former deux liaisons hydrogène avec la guanine Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 24  Structure de l’ARN ✓ Structure primaire: séquence de nucléotides 5’-GGGGCUGAUUCUGGAUUCGACGGGAAACCGGACGCGGGUUCAACUCCCGCCAGCUCCACCA-3’ ✓ Structure secondaire: interaction entre séquences complémentaires, appariements internes ✓ Structure tertiaire: repliement en 3D et interactions à longue distance Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 25  Exemples de structures secondaires d’ARN ✓ L’ARN est une molécule monocaténaire qui peut se replier sur elle-même par complémentarité de séquence Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 26  Structure tertiaire de l’ARN ✓ L’ARN peut adopter une structure 3D complexe due à des interactions à distance, non-canoniques Exemple: ARN de transfert ou ARNt Structure Structure tertiaire secondaire en en L feuille de trèfle Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 27  Structure tertiaire de l’ARN ✓ Structure 3D impliquée dans l’interaction avec des protéines ou des ligands: permet d’accomplir des fonctions catalytiques ou biologiques complexes ✓ Les ARN possédant la propriété de catalyser une réaction chimique spécifique sont appelés ribozymes ✓ Les ribozymes sont des enzymes contenants des acides ribonucléiques ✓ Le ribosome (machinerie de traduction) est un ribozyme Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 28  Les principaux types d’ARN ✓ Les ARN proviennent toujours de la transcription de l’ADN donc d’un gène ADN ARN codants ARN non-codants ▪ ARNm ▪ ARNr ▪ ARNt ▪ petits ARNs Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 29  ARN codants ✓ Les ARN messagers ou ARNm: - 1 à 2 % des ARN de la cellule - assurent la transmission de l’information génétique, traduits en protéines - possèdent des séquences nécessaires au mécanisme de la traduction et à sa régulation Brin codant ADN double brin Brin matrice ARN 5’-UTR / START STOP/UTR-3’ Protéine Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 30  ARN non-codants ✓ Les ARN ribosomaux ou ARNr: - 85 % des ARN de la cellule - composent les ribosomes (machinerie de traduction) ✓ Les ARN de transfert ou ARNt: - 15% des ARN de la cellule - Chaque ARNt transporte spécifiquement un acide aminé (AA) - 61 ARNt différents: plusieurs ARNt portent donc le même AA - structure secondaire en “feuille de trèfle” ✓ Les petits ARN régulateurs: - ARN de petite taille (20 - 30 nucléotides) découverts plus récemment - Impliqués dans différents processus (métabolisme, régulation, maturation des ARN) - Peuvent posséder une activité catalytique Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 31 3- L’enzyme de la transcription: l’ARN polymérase Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 32  L’ARN polymérase ✓ La synthèse de l’ARN à partir de l’ADN matrice est réalisée par l’ARN polymérase ✓ Les ARN polymérases sont des enzymes ADN-dépendante ✓ L’ARN polymérase présente des similarités et des différences avec l’ADN polymérase (réplication) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 33  Comparaison ADN polymérase et ARN polymérase ✓ Similarités: - L’ARN polymérase synthétise l’ARN de 5’ vers 3’ - Elle catalyse une liaison phosphodiester entre deux nucléotides - L’ajout de nucléotides se fait par complémentarité de séquences - L’énergie de la transcription est fournie par l’hydrolyse du nucléotide: NTP NMP + Pi - Pi ✓ Différences: - L’ARN polymérase ne nécessite pas d’amorce pour initier la transcription - L'ARN polymérase ne possède pas de correction sur épreuve Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 34  L’ARN polymérase des procaryotes ✓ Chez les procaryotes, il n’y a qu’une seule ARN polymérase-ADN dépendante qui effectue la transcription pour tous les types d'ARN - α2ββ’ω: core-enzyme Structure de (élongation, terminaison) l’ARN-polymérase ω (oligomère à 6 sous-unités) - α2ββ’ωσ: holo-enzyme (initiation) ✓ La sous-unité σ reconnaît le promoteur et permet d’initier la transcription ✓ Il existe plusieurs facteurs sigma (σ) dans une même bactérie Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 35  Les ARN polymérases des eucaryotes ✓ Chez les eucaryotes, il y a 3 types d’ARN polymérases-ADN dépendantes dans le noyau: - ARN Polymérase de Type I Transcription des ARN ribosomaux (ARNr) Activité: 50-70% - ARN Polymérase de Type II Transcription des ARN messagers (ARNm) Activité: 20-40% - ARN Polymérase de Type III Transcription des ARNr, des ARN de transfert (ARNt) et de petits ARN régulateurs Activité: 10% Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 36  4- Le promoteur, site de liaison de l’ARN polymérase Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 37  Le promoteur d’un gène gène Début transcription Fin transcription +1 ATG STOP ADN 5’ promoteur UTR5’ séquence codante UTR3’ 3’ ✓ Le promoteur (ou séquence promotrice) est la séquence d'ADN où se positionne l'ARN polymérase, avant de démarrer la synthèse de l’ARN ✓ Le +1 correspond au site où débute la synthèse d’ARN (premier nucléotide de l’ARN) ✓ Le promoteur n’est pas transcrit Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 38  Structure d’un promoteur +1 Boite de Pribnow Procaryote: TTGACA TATAAT UTR 5’ -35 16 à 19 nt -10 5 à 9 nt +1 -75 -30 Eucaryote: GC CATT TATA UTR 5’ TATA Box GC Box CATT Box Promoteur minimal ✓ Promoteur: séquences nucléotidiques conservées = séquences consensus ✓ Les séquences promotrices sont situées en amont du site de démarrage de la transcription ✓ Chez les organismes procaryotes, la sous unité σ de l’ARN polymérase interagit directement avec le promoteur ✓ Chez les organismes eucaryotes, l’ARN polymérase interagit indirectement avec le promoeteur via des facteurs de transcription fixés sur l’ADN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 39 5- Mécanismes de la transcription Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 40  Transcription Brin codant (ADN) ✓ Au cours de la transcription, la double hélice d’ADN ARNpol s’ouvre au niveau du site de transcription ✓ L’ARN polymérase utilise l’ADN comme matrice pour synthétiser un brin d’ARN complémentaire de cette matrice Sens de ✓ La synthèse de l’ARN s’effectue toujours dans le transcription Brin matrice (ADN) sens 5’ vers 3’ ARN synthétisé ✓ À la fin de la transcription, on aura une molécule 5’-ATCATCCAATTGG-3’ d’ARN de même séquence que le brin d’ADN codant ADN 3’-TAGTAGGTTAACC-5’ avec U à la place de T ARNm 5’-AUCAUCCAAUUGG-3’ Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 41  Transcription ADN 5’ CACGTAGACTGATG 3’ Double brin 3’ GTGCATCTGACTAC 5’ ADN 5’ CACGTAGACTGATG 3’ BRIN MATRICE ARN1 3’ GUGCAUCUGACUAC 5’ OU ARN1 ARN2 ARN2 5’ CACGUAGACUGAUG 3’ ADN 3’ GTGCATCTGACTAC BRIN MATRICE ✓ Théoriquement les deux brins peuvent servir de matrice pour une copie ARN ✓ Rare que les deux brins d’une même région d’ADN (gène) soient des brins matrices en même temps Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 42  Comment identifier le brin qui va être copié en ARN ? 3’ NNNNNNNNNNNCACGTAGACTGATGNNNNNNNNNNN 5’ ADN 5’ NNNNNNNNNNNGTGCATCTGACTACNNNNNNNNNNN 3’ +1 BRIN MATRICE 3’ NNNNNNNNNNNCACGTAGACTGATGNNNNNNNNNNNN 5’ PROMOTEUR 5’ GUGCAUCUGACUAC… 3’ ARN ou ARN 3’…CACGUAGACUGAUG 5’ PROMOTEUR 5’ NNNNNNNNNNNGTGCATCTGACTACNNNNNNNNNNN 3’ BRIN MATRICE +1 ✓ C’est le promoteur qui détermine lequel des 2 brins sera le brin matrice pour la synthèse de l’ARN et le sens de la transcription ✓ La séquence de l’ARN est complémentaire du brin matrice et identique au brin codant (T remplacé par U) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 43 La transcription d’un gène se déroule en trois étapes 1. Initiation de la transcription: Fixation de l’ARN polymérase en amont de la séquence codante 2. Elongation: Transcription de l’ADN en ARN 3. Terminaison: Arrêt de la transcription et décrochage de l’ARN et de l’ARN polymérase Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 44 A – La transcription chez les procaryotes Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 45  Transcription procaryote: initiation 1. 1) Formation du complexe fermé: fixation de l’ARN pol sur le promoteur σ Site d’initiation 2. 2) L’ADN s’ouvre = complexe ouvert autour de σ la région -10 du promoteur pour former la bulle de transcription 3. 3) La transcription commence: synthèse d’une σ petite chaine de 5 ribo-nucléotides 4. 4) Détachement du facteur σ, libération du promoteur. La bulle de transcription se déplace de 5’ vers 3’. σ Début d’élongation Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 46  Transcription procaryote: élongation ARNpol ARN Terminateur Bulle de transcription 5’ 3’ ARN 5’ ✓ Au niveau de la bulle de transcription, un hétérodimère ADN/ARN d’environ 10nt se forme ✓ L’ARN polymérase se déplace le long de l’ADN et ajoute les nucléotides un par un selon le même mécanisme que la synthèse d’ADN (5’ → 3’) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 47  Transcription procaryote: terminaison Terminateur ARNpol ✓ Lorsque l’ARN polymérase rencontre la région ‘terminateur’, elle arrête la synthèse de l’ARN, l’ARN est libéré et l’ARNpol se dissocie de l’ADN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 48  Les différentes étapes de la transcription procaryote Initiation Elongation Terminaison Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 49 B – La transcription chez les eucaryotes Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 50  Transcription eucaryote: initiation 1 4 +1 +1 2 ✓ Des facteurs de transcription (TF) sont +1 nécessaires à l'initiation de la transcription +1 ✓ Les facteurs de transcription se lient au 3 promoteur et recrutent l’ARN pol ✓ Les étapes suivantes de l’initiation sont identiques à celles décrites pour les organismes +1 procaryotes Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 51  Transcription eucaryote: terminaison +1 ATG STOP ADN 5’- promoteur UTR 5’ EX intron 1 EX Intron 2 EX IN EX UTR 3’ -3’ ✓ L’ARN polymérase se déplace le long de l’ADN en synthétisant de l’ARN jusqu’à rencontrer un site de terminaison ✓ L'ARN polymérase continue sa transcription un peu après ce motif puis libère l’ARN et se dissocie de l’ADN Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 52  Transcription eucaryote: terminaison AATAAA 5’ 3’ ADN ARN pol Signal de terminaison TTATTT 3’ 5’ 3’ ARN 5’ AAUAAA 3’OH ARN pré-messager ✓ La terminaison est assurée par des signaux spécifiques dont le signal de polyadénylation AAUAAA ✓ La transcription à proprement parler est terminée (Transcrit Primaire) mais l'ARN obtenu n'est pas fonctionnel pour autant et doit subir 3 étapes de maturation Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 53 Un gène peut être transcrit par plusieurs ARN polymérases simultanément Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 54 6- Maturation de l’ARNm (uniquement chez les eucaryotes) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 55  Synthèse d’un ARNm eucaryote ADN Information centrale Transcrit primaire - Ajout d’une coiffe en 5’ - Ajout d’une queue polyA en 3’ Maturation - Excision/épissage ARN messager Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 56  1. Le « Capping » ou la coiffe ✓ Au début de la transcription, l’ARN naissant est coiffé par l’addition d’un nucléotide G méthylé. Les riboses des deux premiers nucléotides peuvent être également méthylés en C2 CH3 7mGpppN ✓ Cette coiffe est est importante pour: - La stabilité de l’ARNm et sa protection contre la dégradation - Le transport vers le cytoplasme - La fixation du ribosome sur l’ARNm - L’épissage Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 57  1. Le « Capping » ou la coiffe ✓ Liaison 5’-5’ triphosphate au lieu de l’habituelle liaison phosphodiester 3’-5’ ✓ Addition très tôt après le début de la transcription, quand 20 nt sont polymérisés Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 58  1. Le « Capping » ✓ L’ajout de la coiffe se fait en différentes étapes: Triphosphatase Guanyl-transférase Méthyl-transférase Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 59  2. La polyadénylation ✓ Elle a lieu à l’extrémité 3‘ ✓ La poly-A polymérase (la poly-A-synthase) ajoute 100 à 200 nucléotides adénine (ou poly-A) à l’extrémité 3’ de la chaîne d’ARN pour terminer le transcrit primaire. Pas de matrice ✓ Séquence de polyadénylation dans la partie non codante de l’ADN: AAUAAA 5’G AAUAAA AAAAAAAA…. 3’ 11 à 30 nt Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 60 2. La polyadénylation L’ARNm est clivé 11 à 30 nucléotides côté 3’ après la séquence de polyAdénylation (AAUAAA) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 61  Maturation de l’ARN pré messager chez les eucaryotes Site de polyA Addition d’une queue polyA en 3’ de l’ARN mGp5’ UTR 5’ 1 2 3 4 5 UTR 3’ 3’OH AUG stop (UAG) ARN messager mGp5’ UTR 5’ 1 2 3 4 5 UTR 3’ ApApApApApA 3’OH AUG stop (UAG) stop de Site de poly 1 endonucléase traduction Adénylation 5’P UAG AAUAAA 3’OH 11 à 30 nt Stop 2 polyA Polymérase traduction n = 20 à 250 5’P AUG AAUAAA pApApApApApApAp(A)n 3’OH 3’OH Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 62  2. La polyadénylation ✓ La queue poly-A joue plusieurs rôles: - export des ARNm à partir du noyau - stabilisation des ARNm dans le cytoplasme - signal de reconnaissance pour le ribosome ✓ En combinaison avec la coiffe 5’, elle pourrait permettre au ribosome de vérifier que l’ARNm est intact avant de commencer la traduction ✓ Seuls les transcrits de l’ARN polymérase II ont des coiffes 5’ et des queues poly-A 3’ ✓ La queue poly-A est absente chez les ARNt, les ARNr et les ARNm codant pour les histones Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 63  3. L’excision-épissage +1 ATG STOP ADN 5’- promoteur UTR 5’ EX intron 1 EX Intron 2 EX IN EX -3’ Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 transcription AUG STOP ARN non mature ou pré messager 5’- UTR 5’ EX intron 1 EX Intron 2 EX IN EX UTR 3’ -3’ maturation ARNm mature ou messager 5’ mG UTR 5’ AAAAAAAA3’ EX EX EX EX UTR 3’ (Exons seulement) Ex: Exon = séquence codante In: Intron = séquence non codante UTR: Exon non codant ✓ Le transcrit primaire est une copie fidèle du gène, contenant à la fois les exons (codants et non codants) et les introns (séquences non codantes) ✓ Chez les eucaryotes, l’épissage est un processus par lequel les ARNm transcrits subissent des étapes de coupure et ligature qui conduisent à l’élimination de certaines régions dans l’ARN final Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 64  3. L’excision-épissage ✓ L’épissage est réalisé par le spliceosome constitué de protéines associées à des small nuclear RNA (snRNA) : les snRNP (small nuclear ribonucleoprotein) U1, U2, U4, U5, U6. ✓ 1 snRNP = 1 snRNA + 10-20 polypeptides GU: site 5’ d’épissage AG: site 3’ d’épissage Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 65 3. L’excision-épissage Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 66  3. L’excision-épissage Dégradé Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 67  3. L’excision-épissage ✓ La taille des introns varie de 80 à 10 000 nucléotides ✓ Les introns sont excisés du transcrit pour donner un ARNm qui code directement pour une protéine ✓ Les exons sont ensuite reliés les uns aux autres. Cette réaction est appelée épissage de l’ARN ✓ Le splicéosome, qui réalise l'épissage, est un complexe ribonucléoprotéique (composé de snRNAs et de protéines) et est localisé dans le noyau des cellules. →Activités: endonucléase et ligase ✓ L’épissage de l’ARN se déroule dans le noyau et l’ARN n’est transporté dans le cytoplasme qu’une fois la maturation achevée ✓ Les mutations affectant les sites d’épissage modifient la nature du transcrit et sont généralement la cause de maladies Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 68 Maturation du transcrit primaire Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 69  L’épissage alternatif ARN pré-messager: EPISSAGE ARN messager 1 ARN messager 2 TRADUCTION TRADUCTION PROTEINE 1 PROTEINE 2 ✓ L'épissage alternatif permet à un gène de coder plusieurs ARNm différents ✓ Les différentes protéines obtenues sont appelées isoformes et possèdent des domaines communs et d’autres spécifiques Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 70  L’épissage alternatif ✓ La diversité fonctionnelle offerte par l’épissage alternatif peut affecter des processus biologiques complètement différents ✓ On estime qu’au moins 70 % des 26 000 gènes qui composent le génome humain subissent un épissage alternatif et que, en moyenne, un gène donne naissance à 4 variants issus d'un tel épissage. Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 71  L’épissage alternatif ✓ La diversité fonctionnelle offerte par l’épissage alternatif peut générer de très nombreux ARNm matures et donc de nombreuses isoformes protéiques Contributeurs : Simon Samaan, Etienne Dardenne, Didier Auboeuf, Cyril Bourgeois. Pathologies liées à des défauts d’épissage: ✓ certaines maladies génétiques: des mutations touchent directement des sites d’épissage; destruction de sites normaux ou création de nouveaux sites ✓ Cancer: altérations de l’épissage alternatif associées à la cancérogénèse Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 72  Comment un ARN peut-il donner plusieurs protéines? Procaryote : Polycistronique Eucaryote : Monocistronique : 1 ARN 1 ARN primaire Epissage alternatif Plusieurs ARNm Plusieurs protéines Plusieurs protéines Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 73  L’ARN messager des procaryotes ✓ Chez les procaryotes, les ARNm NE sont PAS synthétisés sous forme d’un précurseur, donc: -Pas d’ajout d’une coiffe en 5’ -Pas de queue polyA en 3’ -Pas d’excision-épissage ✓ Chez les procaryotes, les ARNm peuvent être polycistroniques (on retrouve donc au sein d’un même ARN, des séquences codant pour plusieurs protéines ) Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 74 Inhibiteurs de la transcription Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 75  Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 76  Régulation génétique ✓ Toutes les cellules d’un homme contiennent la même quantité d’ADN dans leur noyau ✓ Toutes les cellules ont donc les mêmes gènes mais toutes les cellules ne se ressemblent pas Cellule Cellule Cellule souche musculaire neurale ✓ Tous les gènes ne sont pas exprimés chez toutes les cellules et pas en permanence ➔ Il y a donc une régulation Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 77  Régulation génétique ARN L2 ! Mécanismes de dégradation Protéine Modifications post-traductionnelles Ce document est la pr opriété d’Aix Mar seille Université , il ne peut ê tre diffusé o u r eprodu it. Cf Articles 3.2 et 4 de s Conditions G énéra les d’Utilisation de la plate-forme pédag ogique AMeTICE 78