Régulation de l'expression génique chez les procaryotes PDF

4- Régulation de l'expression génique chez les procaryotes A- Organisation des gènes en Opéron Ceci est une unité de transcription monocistronique : 1 seule ORF : 1 seul polypeptide 1 cistron : unité génétique codant pour une protéine Chez les procaryotes une unité de transcription peut a...

4- Régulation de l'expression génique chez les procaryotes A- Organisation des gènes en Opéron Ceci est une unité de transcription monocistronique : 1 seule ORF : 1 seul polypeptide 1 cistron : unité génétique codant pour une protéine Chez les procaryotes une unité de transcription peut aussi être Polycistronique : 1 ARNm portant plusieurs ORFs (ou cistrons), et codant donc pour plusieurs protéines. Une seule unité de transcription peut ainsi gouverner la synthèse de plusieurs polypeptides. -> Protéines ayant des fonctions complémentaires (ex : enzyme d’une même chaîne métabolique): Contrôle de toute une chaîne métabolique par une seule unité de transcription = Opéron ! Opéron = Groupe de gènes ET de séquences régulatrices du génome procaryotes (majoritairement) transcrits ensemble et participant à la réalisation d’une même fonction physiologique Synthèse protéique des unités de transcription polycistronique ? Soit l’AUG du second cistron est éloigné du codon stop de l’ORF en amont Chaque ORF possède sa propre séquence SD/RBS Soit l’AUG du second cistron est proche du codon stop de l’ORF en amont Chaque ORF ne possède pas sa propre séquence SD/RBS Ex :  Il n’y a pas forcement de dissociation des ribosomes à la fin de la première ORF si l’AUG du second cistron est proche du premier Arrivé au codon stop : soit dissociation (pas de traduction du second cistron) soit le polypetide se détache mais le ribosome reste en place et débute la traduction de l’ORF 2 (Souvent perte d’efficacité pour la traduction du cistron 2) B- Régulation de l'expression génique 1- Régulation de l'expression génique au niv traductionnelle La plupart des régulations se font au niveau transcriptionnelle (moins de dépense d’énergie). Néanmoins des mécanismes de régulation traductionnelle existent. Ils sont plus efficaces, précis, rapides, réactifs Peut toucher l’ensemble de la machinerie de traduction ou l’expression de gènes particuliers Concerne souvent des gènes essentiels au métabolisme et à la survie cellulaire Intervention de structures particulières de l’ARN et de régulateurs (ARN ou protéines) Principalement au niveau de l’initiation de la traduction (masque rbs par ex) Ex des protéines ribosomiques Plus de 50 protéines différentes composent le ribosome produites au même rythme et nombre dans la cellule Leur taux est : modulé rapidement en fonction des conditions de croissance bactérienne coordonné avec l’expression des ARNr  Modulation de leur transcription mais aussi de leur traduction Pourquoi y a-t’il répression de la traduction de tous les ORF de l’opéron ? soit il y a couplage des traductions de plusieurs ORF (si elles sont proches) soit chaque ORF possède sa propre SD et il y a repliement de l’ARNm en structures particulières empêchant la reconnaissance des RBS internes : aucun ORF traduit Comment s’effectue le couplage de la synthèse des protéines ribosomiques avec la quantité d’ARNr ? Les Protéines ribosomiques régulatrices reconnaissent aussi un site de haute affinité sur les ARNr : Fixation préférentielle 2- La régulation transcriptionnelle Adapter la quantité de transcrits en fonction des besoins Majoritairement au niveau de l’initiation de la transcription Eléments intervenants : Facteurs sigma Structure des promoteurs (Fort/faible) Protéines régulatrices (Activateurs ou Répresseurs) 1- Facteurs sigma Chez E.Coli, la majorité des ARN polymérases sont liées à s 70 (Sigma 70) Rappel : impliqué dans la reconnaissance des promoteurs D’autres facteurs peuvent remplacer s70 dans certaines circonstances et diriger la polymérase vers d’autres promoteurs s32 = facteur de choc thermique Il augmente (Stimulation de sa traduction et stabilisation de la protéine) après Choc thermique, remplace s70 et dirige la synthèse vers des gènes particuliers dont les produits protègent la cellule s54 Associé à une petite fraction de la polymérase Dirige l’enzyme vers les gènes impliqués dans le métabolisme de l’azote Quand présence de NH4+ dans le milieu Chez B.Subtilis, la majorité des ARN polymérases sont liées à s A sF = Sporulation dirige la synthèse vers des gènes particuliers dont les produits sont impliqués dans la sporulation 2- Différents types de promoteurs et de régulation Les promoteurs reconnus par un facteur Sigma donné n’ont pas exactement tous la même structure. Certains promoteurs possèdent une meilleure séquence de fixation pour l’holoenzyme que d’autre Différents type de promoteur en fonction de l’étape limitante des promoteurs  1. Étape limitante = fixation de l’ARN pol Les plus courants (plus facile et moins de dépense énergétique pour la cellule) Promoteurs avec un ou plusieurs éléments absents ou imparfaits (éloignés du consensus) L’ARN pol s’y fixe avec une faible affinité Par contre une fois fixée, la formation du complexe ouvert se fait facilement et stablement Promoteur induisant une expression basale faible du gène Pour réguler ces promoteurs : Fixation de répresseur : recouvrement partielle du promoteur : absence de fixation : répression Fixation d’activateur aidant la fixation de l’ARN pol Ils interagissent généralement avec l’ADN et l’ARN pol simultanément (liaison coopérative) : Ex : Opéron lactose 2. L’étape limitante = ouverture du complexe binaire fermé en complexe binaire ouvert Dans certains cas la liaison au promoteur est efficace mais l’ouverture du complexe difficile Pour activer ces promoteurs : Fixation d’activateur : modification conformationnelle de l’ARN polymérase : passage complexe fermé à complexe ouvert Ex : Ntrc/prom glnA 3. Limite dans l’échappement L’ARN pol est fixée, le complexe binaire est ouvert mais l’échappement n’a pas lieu facilement : la transcription est bloquée : Pour activer ces promoteurs : Fixation d’un activateur : modification conformationnelle de l’ARN polymérase : échappement du promoteur Ex: prom MalT 3- Les protéines régulatrices Plusieurs activateurs/répresseurs sont parfois nécessaires  ! Protéines régulatrices = Eléments TRANS-régulateurs qui vont se fixer sur des séquences régulatrices spécifiques = éléments CIS-régulateurs Fixation sur des séquence : à proximité des promoteurs la plupart du temps (-80 à +20) : ex Opérateur Mais parfois action à distance : Modification de la structure de l’ADN : boucle permettant le rapprochant des sites de liaison des protéines régulatrices et du promoteur Ex Ntrc/ gène GlnA : Ntrc : Contrôle gènes impliqués dans le métabolisme de l’azote comme GlnA site de reconnaissance à 150 bp en amont 4- Exemple de l'opéron lactose Rappel : Séquence consensus promoteur procaryote  Promoteur Plac de l’opéron lactose : Promoteur Faible 2 systèmes de régulation : Activateur = CAP (Catabolite Activator Protein) = CRP (cAMP Receptor Protein) régulé par la présence de glucose Répresseur codé par le gène lacI, régulé par la présence de Lactose 5- Exemple de l'opéron Tryptophane AA dont la bactérie a absolument besoin. Soit elle le trouve dans le milieu soit elle le synthétise elle même.  ! Système de répression contrôler par la présence de l'AA Système de Répression est doublé d’un autre système = Atténuation Même en absence de répresseur le Trp réprime la transcription TrpE TrpD TrpC Term2TrpATrpB Lié à la structure de l’opéron : Présence de 2 terminateurs Rho indépendants Absence de Tryptophane Rappel terminateur Rho indépendante Séquences d'ADN palindromiques riches en paires G-C : structure en épingle à cheveux (Tige-Boucle) entre 2 régions complémentaires de l’ARN : Blocage / ralentissement de l'enzyme suivis d’une séquence riche en A : hybride ADN - ARN peu stable décrochage de l'ARN A quoi est du cette utilisation différentielle des 2 terminateurs ? Présence dans le terminateur 1 de palindromes interrompus qui s’associent de manière différente selon que le Trp est présent ou non.  Comment le Trp influence-t’il la structure de l’ARN (ie l’association 2+3 ou 3 +4)? Dans la région 1 du terminateur 1 : 1 petit ORF de 14 codons, dont 2 codons UGG (Trp) Le ribosome traduit ce petit peptide Et suit la polymérase Rappel : Traduction et transcription simultanées chez les procaryotes !  Comment le Trp influence-t’il la structure de l’ARN (ie l’association 2+3 ou 3 +4)? Dans la région 1 du terminateur 1 : 1 petit ORF de 14 codons, dont 2 codons UGG (Trp) Le ribosome traduit ce petit peptide Et suit la polymérase. La traduction va ici influencer la structure de l’ARN : formation terminateur ou anti- terminateur. En absence de Tryptophane, le ribosome qui suit l’ARN pol va rester bloqué au niveau des codons Trp (pas d’ARNt-Trp chargés en absence de Tryptophane) La RNApol poursuit le transcription. La séquence 2 est transcrite, puis la séquence 3. La structure tige boucle 2/3 se forme : antiterminateur :.Pas de terminaison : ARN long portant les ORF de Trp-E, -D, -C, -B, -A En présence de Trp : Le ribosome traduit le petit peptide 1 très rapidement, car du Trp est disponible : Le ribosome déborde sur la seq 2 : gêne stérique : la structure 2+3 ne peut se former : la structure 3+ 4 se forme : Terminateur 1 : l’ARN court est transcrit. E, D, C, B et A ne pourront être traduites.