Traduction de l’ADN - Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) PDF

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Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Tutorat Santé Lyon Sud UE 2 Traduction de l’ADN Cours du Professeur C. FERRARO-PEYRET L’ensemble des cours du Professeur C. FERRARO fait habituellement l’objet de 7 QCMs au concours. Le présent support de cours fourni par le Tutorat Santé Lyon Sud est destiné à faciliter votre prise de notes mais ne constitue en aucun cas une référence pour le concours. Seuls les cours ayant été dispensés par les enseignants et les supports mis à disposition par leurs soins sont légitimes. Veuillez prendre note que seuls les polycopiés directement téléchargés depuis Moodle sont certifiés en provenance du tutorat, toute autre source est potentiellement compromise. ©AMEUSO – Tutorat Santé Lyon Sud Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 1/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 TABLE DES MATIERES I. DEFINITION ET CONTEXTE GENERAL.................................................................................................... 3 II. CODE GENETIQUE.............................................................................................................................. 3 II.A. G ENERALITES.................................................................................................................................. 3 II.B. CARACTERISTIQUES DU CODE GENETIQUE................................................................................................ 4 1. Universel.................................................................................................................................... 4 2. Dégénéré................................................................................................................................... 5 III. ELEMENTS NECESSAIRES A LA TRADUCTION....................................................................................... 7 III.A. ARN MESSAGER.............................................................................................................................. 7 III.B. ACIDES AMINES ( CF COURS BIOCHIMIE)................................................................................................. 7 III.C. ARN DE TRANSFERT......................................................................................................................... 7 III.D. RIBOSOMES................................................................................................................................... 9 III.E. FACTEURS D’INITIATION ET D’ELONGATION............................................................................................10 IV. MECANISMES DE LA SYNTHESE PROTEIQUE......................................................................................11 IV.A. INITIATION...................................................................................................................................11 IV.B. ELONGATION................................................................................................................................12 IV.C. TERMINAISON...............................................................................................................................13 V. PARTICULARITES DE LA TRADUCTION................................................................................................14 V.A. NOTION DE « POLYRIBOSOMES »........................................................................................................14 V.B. COUPLAGE TRANSCRIPTION / TRADUCTION............................................................................................15 V.C. ARNM MONO ET POLYCISTRONIQUES...................................................................................................17 V.D. REGULATION DE LA TRADUCTION........................................................................................................18 VI. MOLECULES INHIBITRICES DE LA TRADUCTION.................................................................................19 VII. REGULATION POST-TRADUCTIONNELLE...........................................................................................20 VIII. CONCLUSION.................................................................................................................................21 IX.ANNALES................................................................................................................................................... 23 X.CORRECTION.............................................................................................................................................. 32 2/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 I. DEFINITION ET CONTEXTE GENERAL AVANT TRADUCTION (APRES TRANSCRIPTION ET MATURATION) : successions de mécanismes permettant le passage de l’ADN génomique à l’ARNm mature : avec une coiffe en 5’, une queue poly A en 3’ et un épissage des introns (élimination). ARNm sur lequel vont se fixer des protéines au niveau de la coiffe et de la queue polyA, et des petits complexes multiprotéiques, les EJC (« Exons Jonction Complex »), à la liaison entre les exons. La traduction correspond au mécanisme par lequel l’information génétique transportée par l’ARNm va être décodée et transformée en protéines, c’est-à-dire en chaine polypeptidique constituée d’acides aminés. Le décodage se fait selon le code génétique. II. CODE GENETIQUE II.A. GENERALITES Il permet de décoder la molécule d’ARNm et de passer d’une séquence constituée des 4 nucléotides différents (A, U, C, G) et une protéine formée de 20 types d’acides aminés. Cette correspondance se fait grâce à un code à 3 lettres. Donc théoriquement, nous devrions avoir 64 codons (= 43). Il existe deux types de codons, en fonction de leur capacité à donner un acide aminé : - Codon sens : au nombre de 61. - Codon non-sens ou codon « STOP » : au nombre de 3, ils ne codent pas pour des acides aminés mais permettent plutôt d’arrêter la traduction. Pour faire la correspondance entre chaque codon de l’ARNm et l’acide aminé qu’il code, nous avons besoin d’un ARN de transfert (ARNt) qui va être complémentaire au codon qu’on considère, complémentarité qui est assurée par l’anticodon. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 3/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 DONC : codon de l’ARNm et anticodon de l’ARNt complémentaires et antiparallèles. La lecture de brin d’ARNm se fait selon un mécanisme précis : - Pas de ponctuation : les codons sont les uns à la suite des autres ; - Code non chevauchant : lecture du premier codon, puis du deuxième, puis du troisième… → on obtient donc un cadre de lecture - Cadre de lecture unique et dont le choix est déterminé par l’emplacement du codon START (ATG dans l’ADN = AUG dans l’ARN). On va donc trouver le codon START, puis lire de 3 en 3 les nucléotides (codon par codon) pour associer à chacun l’acide aminé correspondant. On obtient donc, grâce au cadre de lecture unique et au décodage permis par le code génétique, une protéine qui est l’effecteur et l’acteur de la physiologie cellulaire. II.B. CARACTERISTIQUES DU CODE GENETIQUE 1. Universel Il est le même pour tous les organismes, procaryotes et eucaryotes (à de rares exceptions près). On retrouve donc le même principe d’initiation et de terminaison de la traduction, ce qui commence et termine le cadre de lecture. Le codon d’initiation ou START correspond donc toujours au codon « AUG », cependant il code pour une méthionine chez les Eucaryotes et pour une N-formyl méthionine chez les Procaryotes. La méthionine en position N-Terminale sera très souvent clivée par une peptidase. Mais il s’agit uniquement de la méthionine en N-Terminale, ATTENTION en aucun cas les autres méthionines seront concernées par ce clivage (autres méthionines codées par un « AUG » en position interne). Attention à bien comprendre qu’il existe aussi des méthionines en position interne de la séquence, pas uniquement au début du peptide. Le codon de terminaison ou STOP ou « non-sens » est évidemment en phase de lecture avec le codon START (cadre de lecture unique) et correspond aux codons suivants : « UAA », « UAG », « UGA ». Il est possible de trouver des codons STOP de la séquence, mais s’ils ne sont pas en phase avec le codon START et n’obéissent pas au cadre de lecture unique, ils ne seront pas considérés comme codon STOP. Attention : comme on l’a dit, le code génétique est sensiblement le même selon les espèces. Il présente néanmoins des spécificités pour l’ADNmt (ADN mitochondrial). Par exemple, un codon « AUG » code pour un Tryptophane. 4/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 2. Dégénéré Cette dégénérescence est la conséquence de la présence de codon « non-sens ». On a donc 61 codons sens pour seulement 20 acides aminés. Pour certains acides aminés comme la méthionine ou le tryptophane, il n’y a pas de redondance / dégénérescence : seul un codon code pour chacun de ces acides aminés. Donc si par exemple, nous n’avons pas de codon UGG dans la séquence nucléotidique, nous n’aurons pas de tryptophane. A l’inverse, plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé (exemple de la leucine ou de la glycine). Dans ce cas, c’est très souvent la troisième base du codon qui diffère (et donc par complémentarité : sur la première base de l’anticodon). L’avantage de cette dégénérescence est la prévention des mutations en cas d’erreur de recopiage de la molécule d’ADN lors de la réplication ou de la transcription en ARN. En effet, si cette erreur a lieu sur la dernière base du codon, cela n’aura pas d’incidence sur la séquence en acides aminés de la protéine (ou en tout cas les chances sont fortement diminuées). D’après ce qui a été dit dans le début du cours, il faudrait 61 ARNt pour faire la correspondance avec les 61 codons sens et les 20 acides aminés → 1 ARNt portant 1 anticodon complémentaire à 1 codon de l’ARNm codant pour un AA. PROBLEME : il a été démontré que seulement 48 ARNt existent chez l’Homme. Pour limiter l’impact d’une variation nucléotidique et faire des économies d’ARNt (pallier le « manque » d’ARNt), l’interaction entre la dernière base du codon de l’ARNm (en 3’ du codon) et la première base de l’anticodon (en 5’ de l’anticodon) correspond à une base fluctuante = Wobble base. → La correspondance peut ne pas être parfaite : un même ARNt va alors reconnaitre différents codons. En plus de cela, il y a la présence dans l’ARNt de bases « non classiques » comme le I qui peut reconnaitre un U, un C ou un A. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 5/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Cette interaction faible entre la troisième base du codon et la première base de l’anticodon va permettre aux ARNt d’être plus facilement « détachables » et donc plus vite disponibles après avoir fait une première correspondance ce qui va avoir comme conséquence une augmentation la vitesse de traduction du ribosome. Donc : intérêts de la dégénérescence du code génétique - Economie cellulaire : besoin de seulement 48 ARNt pour 61 codons ; - Augmentation de la vitesse de la synthèse peptidique ; - Système de protection contre les variations. Différents types de variations : (le professeur a bien précisé que c’était pour illustrer son propos et que ce n’était pas à connaitre) 1. Insertion de nucléotide : décalage du cadre de lecture = changement des acides aminés de la chaine peptidique → protéine entièrement modifiée à partir du point de mutation = potentiellement apparition d’un codon STOP en phase avec le nouveau cadre de lecture → protéine tronquée voire absence de protéine 2. Variation : remplacement d’un nucléotide par un autre = mutation « non-sens » si apparition d’un codon STOP → protéine tronquée. = mutation « faux-sens » avec remplacement de l’acide aminé initialement prévu par un autre → protéine contenant un acide aminé anormal. = mutation silencieuse si le codon obtenu après le changement de nucléotide code pour le même acide aminé → protéine dont la séquence n’est pas modifiée. Une mutation silencieuse peut néanmoins aboutir sur une diminution de la quantité de protéines, si le nombre d’ARNt complémentaires à ce nouveau codon est plus faible. → Variation tissulaire du nombre de ARNt 6/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 III. ELEMENTS NECESSAIRES A LA TRADUCTION III.A. ARN MESSAGER L’ARNm doit être mature, c’est-à-dire porter la coiffe en 5’, la queue polyA en 3’ et les EJC aux jonctions exon- exon (témoignage d’un épissage fait). Chacun de ses éléments sont, d’un côté, essentiels pour être exporté hors du noyau et, d’un autre, ils sont nécessaires à la traduction puisqu’ils vont interagir entre eux. III.B. ACIDES AMINES (CF COURS BIOCHIMIE) C’est le but même de la traduction : obtenir une protéine c’est-à-dire un enchainement d’acides aminés. III.C. ARN DE TRANSFERT Ce sont des acides nucléiques (ARN) qui sont de courtes tailles (70 à 100 nucléotides) et qui vont, au final, former des structures secondo-tertiaires. D’abord, après transcription, ce sont des structures linéaires comme celle -ci : Puis après repliement sur elle-même, on aura la structure secondo-tertiaire suivante = en feuille de trèfle : Cette structure est permise par des complémentarités sur des courtes séquences qui vont permettre des interactions à 4 niveaux → sur les 4 bras de cet ARNt. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 7/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 En plus de leur structure, les ARNt ont une caractéristique très conservée : - Du coté 5’ : ils portent toujours une Guanine - Du coté 3’ : on retrouve le bras qui va porter l’acide aminé = bras AA de séquence « 5’ CCA 3’ ». Le bras de l’anticodon est celui qui va faire la correspondance entre le codon de l’ARNm et l’acide aminé porté par le bras AA de l’ARNt. Les deux autres bras, le bras DHU et le bras TψC, ont des séquences qui comportent des bases « non- classiques » telles que D qui correspond au dihydrouridine, T (ou rT) qui correspond à la ribothymidine et ψ qui correspond à la pseudoUridine. → Ces différents bras vont participer à la sauvegarde de cette structure secondo-tertiaire ainsi qu’à sa stabilisation. Etapes du chargement de l’acide aminé sur le bras AA de l’ARNt : ① Formation d’un 5’ amino-acyl adénylate pour activer l’AA qui doit être chargé sur l’ARNt. Cette étape est ATP dépendante (consommation d’ATP : ATP → AMP + PPi) et elle est réalisée par l’aminoacyl-ARNt-synthétase qui va permettre de fixer, en 5’Phopshate de l’AMP, l’acide aminé d’intérêt pour former le 5’ amino-acyl adénylate. (PPi = pyrophosphates = diphosphates → 2 molécules de phosphates condensées) Attention : l’aminoacyl-ARNt-synthétase est spécifique d’un acide aminé → Il en existe donc 20 différentes. ② Formation d’un amino-acyl ARNt Il s’agit d’une réaction d’estérification qui a lieu uniquement sur l’Adénine en 3’ de l’ARNt (A de la séquence CCA en position 3’ du bras AA de l’ARNt). Il va aboutir au chargement de l’acide aminé sur l’ARNt et donc à la formation d’un amino-acyl ARNt. Un AMP va être libérer (utile seulement pour l’activation de l’acide aminé). 8/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 III.D. RIBOSOMES Les ribosomes sont en grande partie constitués de protéines, qui représentent les 2/3 de la structure. Les ARNr quant à eux correspondent au tiers restant et sont formés par la transcription de gènes spécifiques situés sur les chromosomes acrocentriques (cf cours la transcription et la maturation des ARN). Cas des eucaryotes : Ces protéines et ARNr s’assemblent dans le noyau pour former les deux sous-unités du ribosome (après translocation des protéines ribosomales synthétisées dans le cytoplasme attention) : - Grande sous-unité 60S qui contient 3 ARNr → ARNr 5S, 5.8S et 28S. - Petite sous-unité 40S qui contient 1 ARNr → ARNr 18S. Ces sous-unités, une fois assemblées, vont être exportées hors du noyau et ne vont former le ribosome qu’à partir du moment où elles interagissent avec l’ARNm → les sous-unités restent libres dans le cytosol tant que l’interaction avec l’ARNm n’a pas eu lieu. Comparaison entre les ribosomes procaryote et eucaryote : PROCARYOTE EUCARYOTE 70S 80S 50S 60S Grande sous-unité 3 ARNr (5S ; 5.8S et 28S) 2 ARNr (5S et 23S) + 34 protéines + 49 protéines 30S 40S Petite sous-unité 1 ARNr (16S) + 21 protéines 1 ARNr (18S) + 33 protéines Les données du tableau sont à connaitre (surtout celles qui concernent les différents ARNt) Ces sous-unités ont des rôles différents. Concernant la grande sous-unité du ribosome, son activité principale est l’activité peptidyl-transférase, activité enzymatique qui permet l’élongation de la chaine de la protéine en cours de synthèse. Il est important de préciser qu’à l’intérieur même de cette grande sous-unité, ce sont les ARNr qui ont ce rôle, et plus particulièrement les ARNr 28S chez l’eucaryote et 23S chez le procaryote. ➔ Ces ARNr sont qualifiés de ribozymes = acides ribonucléiques (ARN) avec une activité enzymatique. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 9/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 La petite sous-unité, en particulier ses ARNr, a quant à elle un rôle du structuration du ribosome complet : elle apporte la base des différents sites permettant l’arrivée, l’élimination et l’élongation de la chaine polypeptidique avec les ARNt. On distingue un site de liaison à l’ARNm (encadré en rouge sur la figure) et 3 sites de liaison à l’ARNt : - Site A = site amino-acyl ARNt → entrée de la plupart des ARNt chargés en acide aminé ; - Site P = site peptidyl ARNt → formation de liaison peptidique ; - Site E = Exit → libération de l’ARNt après son utilisation (réutilisation avant recyclage). III.E. FACTEURS D’INITIATION ET D’ELONGATION Ils appartiennent à la famille des protéines G et existent sous deux formes : - Forme active : liés au GTP ; - Forme inactive : liés au GDP (après hydrolyse du GTP en GDP). PROCARYOTE EUCARYOTE IF1, IF2 IF3 eIF-2, eIF-4E, eIF-4G Facteurs d’initiation → Initiation Factor → Eucaryotic Initiation Factor EF-Tu, EFG EF-1, EF-2 Facteurs d’élongation → EF = Elongation Factor Les facteurs d’initiation initient l’entrée du premier amino-acyl ARNt, qui porte soit la méthionine chez les eucaryotes soit le N-formyl méthionine chez les procaryotes. Les facteurs d’élongation vont quant à eux faciliter le mouvement d’avancée (= faciliter la translocation des deux sous-unités du ribosome au moment de l’élongation) et la précision de la traduction (s’assurer que la protéine en cours de synthèse correspond bien à celle codée par l’ARNm). 10/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 IV. MECANISMES DE LA SYNTHESE PROTEIQUE IV.A. INITIATION L’initiation se fait au niveau d’un codon START « AUG » qui va alors déterminer le cadre de lecture → en effet les nucléotides de ce codon vont être numérotés 1, 2 et 3 ; puis ceux du codon d’après : 4, 5 et 6. Si un codon STOP existe dans la séquence mais qu’il n’est pas en phase avec ce cadre de lecture, il ne sera pas pris en compte. Le codon AUG code donc pour une méthionine chez les eucaryotes et pour une N -formyl méthionine chez les procaryotes. Il doit répondre à certaines conditions pour être choisi en tant qu’initiateur de la traduction. Chez l’eucaryote : 1ère étape : l’ARNt initiateur (dont l’anticodon est complémentaire au codon AUG) couplé à la méthionine se positionne, en même temps qu’un facteur d’initiation, le eIF2 (lié au GTP donc actif), sur la petite sous-unité 40S du ribosome. Exception : il se positionne au niveau du site P de la petite sous-unité (2ème étape). ➔ Complexe ternaire (formé de 3 structures) : - Le facteur d’initiation : eIF2 lié au GTP ; - L’ARNt initiateur couplé à la méthionine ; - La petite sous-unité du ribosome. D’un autre côté, l’ARNm se lie au facteur d’initiation eIF-4E au niveau de la coiffe en 5’. 3ème étape : le complexe ternaire se fixerau niveau de l’ARNm pour permettre à l’ARNt initiateur couplé à la méthionine d’interagir avec la coiffe de l’ARNm → utilisation d’ATP (énergie fournie) permettant la migration le long de l’ARNm, du 5’ vers le 3’, du complexe ternaire jusqu’à rencontrer le codon AUG qui sera utilisé comme codon START. Ce déplacement est favorisé par d’autres facteurs d’initiation (eIF) porteurs d’une activité hélicase. 4ème étape : une fois que le codon START a été détecté par l’ARNt initiateur, les facteurs d’initiation (eIF2 ainsi que les autres facteurs) se dissocient grâce à l’hydrolyse du GTP en GDP pour libérer la place et avoir un encombrement stérique compatible avec le recrutement de la grande sous-unité du ribosome. On obtient donc un nouveau complexe formé de l’ARNt initiateur couplé à la méthionine au niveau du site P de la petite sous-unité et fixé sur le codon AUG de l’ARNm, et la grande sous-unité du ribosome fixée sur le tout. Le ribosome est alors complet → l’étape d’initiation est terminée. Choix du codon AUG initiateur de la traduction : Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 11/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 o Chez les procaryotes : L’ARNm n’a pas de cap/coiffe en 5’ donc c’est une séquence consensus, conservée, qui va être détectée : séquence de Shine-Dalgarno. Elle va déterminée quel codon AUG aura le rôle d’initiateur de la traduction. o Chez les eucaryotes : Dans 90% des cas, le codon initiateur choisi est le premier codon AUG en 5’ de l’ARNm que l’on retrouve dans une séquence consensus : la séquence de Kozak. Il s’agit d’une séquence partiellement conservée qui porte à son extrémité 3’ le codon AUG qui va servir à initier la traduction. ➔ Donc pour déterminer le codon initiateur, il ne suffit pas de trouver le premier codon AUG : il faut plutôt chercher la présence de cette séquence consensus : séquence de Kozak chez les eucaryotes. En pratique, il est difficile de déterminer avec exactitude la position de cette séquence : on considèrera donc dans les QCM le premier AUG de la séquence. IV.B. ELONGATION Cette étape correspond à la formation progressive de la chaine polypeptidique. Nous retrouvons donc le complexe au niveau du site P de la petite sous-unité du ribosome et formé de l’ARNt couplé à la méthionine et l’ARNm dont le codon AUG d’initiation est complémentaire et fixé à l’anticodon de cet ARNt initiateur. La première étape correspond à l’entrée du deuxième ARNt, activé et chargé avec le facteur d’élongation eEF1, au niveau du site A du ribosome. Puis eEF1 va être libéré à la suite de l’hydrolyse de son GTP en GDP. Un deuxième facteur sera lors recruté : EF-2-GTP (nécessaire pour la translocation du ribosome). Il va permettre la rupture de la liaison entre la méthionine et l’ARNt initiateur, et la formation de la première liaison peptidique entre la méthionine et le deuxième acide aminé. Le GTP porté par EF-2 va être hydrolysé en GDP et l’énergie alors libérée va induire la translocation des deux sous-unités du ribosome permettant au premier ARNt initiateur de passer du site P au site E et ainsi d’être libéré et recyclé. Mais cette translocation va aussi permettre au deuxième ARNt de passer du site A au site P et d’ainsi libérer le site A pour le prochain ARNt. On se retrouve alors dans une conformation presque identique à celle de départ, à la différence qu’un acide aminé a été ajouté à la chaine polypeptidique. Ce cycle va alors se répéter : entrée d’un nouvel amino-acyl ARNt chargé avec le facteur d’élongation eEF-1 au niveau du site A du ribosome, le recrutement du facteur EF2 permettant la translocation du ribosome et la libération du site A pour le prochain amino-acyl ARNt, et l’acide aminé ajouté à chaque fois à la chaine polypeptidique par formation d’une liaison peptidique. Cycle de l’étape d’élongation de la traduction : 12/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 IV.C. TERMINAISON Cette étape correspond à la rencontre, au niveau du site A du ribosome, d’un codon STOP : UAA, UAG ou UGA. Ce codon doit être en phase avec le cadre de lecture de la chaine d’ARNm → les 3 nucléotides de ce codon doivent se retrouver au niveau du site A. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 13/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Il n’y aura alors pas de recrutement d’amino-acyl ARNt étant donné que les codons STOP ne codent pour aucun acide aminé (→ codons non-sens). Le codon STOP reconnu va servir à recruter un facteur de terminaison de la traduction qui va se positionner au niveau du site A du ribosome et entrainer la translocation du ribosome. On aura alors le dernier ARNt incorporé au niveau du site E et le facteur de terminaison au niveau de site P, facteur qui va alors catalyser l’ajout et l’hydrolyse d’une molécule d’eau nécessaire à la formation de l’extrémité C-Terminale (- COOH) de la protéine. La protéine en cours de synthèse va alors être libérée du dernier amino-acyl ARNt incorporé pour finalement et se retrouver libre dans le cytosol. Suite à la libération de la chaine polypeptidique, l’ensemble du complexe va se dissocier et libérer ainsi la petite et la grande sous-unités du ribosome, le dernier ARNt utilisé et le facteur de terminaison. Toutes ces structures pourront être réutilisées pour un autre cycle de traduction. Cependant, ces codons STOP peuvent être ignorés : on dit qu’ils sont « transduits ». Dans certaines conditions, on peut ignorer un codon STOP s’il y a eu création d’un codon STOP « supplémentaire » par un agent pathogène. C’est le cas de la Myopathie de Duchenne qui est due, pour 10 à 15% des patients qui en sont atteints, à des mutations non-sens qui conduisent à la formation d’un codon STOP prématuré dans l’ARNm → absence de synthèse de la protéine dystrophine (= protéine de structure de la cellule musculaire). Une des stratégies thérapeutiques consiste à développer une molécule permettant la translecture du codon STOP (d’en faire un codon transduit) pour restaurer la synthèse de la dystrophine ainsi qu’un fonctionnement musculaire normal. Attention : la protéine obtenue après translecture sera modifiée puisque le codon STOP qui a été créé par la mutation non-sens, même s’il est transduit, ne permettra pas le recrutement de l’acide aminé initialement prévu par le codon avant mutation. De plus, la chaine polypeptidique risque de perdre quelques acides aminés codés par les codons situés après le codon STOP, à cause de la translecture. Mais la molécule de la dystrophine est tellement grande que, malgré cela, elle pourrait conservée une fonction normale. V. PARTICULARITES DE LA TRADUCTION Elles permettent d’augmenter la processivité et la vitesse de production d’une quantité normale de protéines, jusqu’à éventuelle régulation de la traduction V.A. NOTION DE « POLYRIBOSOMES » L’initiation va se faire plusieurs fois en même temps : une première fois avec le complexe ternaire au niveau de l’ARNm qui remonte jusqu’au codon AUG, puis recrutement de la grande sous-unité du ribosome, …, enfin 14/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 translocation du ribosome complet et début de l’élongation → libération de la place la zone d’initiation de la traduction → deuxième initiation de la traduction avec un nouveau complexe ternaire… Donc de cette manière, on retrouve, sur un seul ARNm, une multitude de ribosome synthétisant une multitude de chaines polypeptidiques. En plus de ces formations polyribosomales, on retrouve une structure pseudo-cyclique de l’ARNm qui se fait par l’interaction de la coiffe en 5’, notamment les protéines qui sont portées par cette coiffe, avec la queue polyA en 3’, notamment les protéines qui y sont fixées. Ce repliement de l’ARNm permet de rendre le site d’initiation de la traduction très proche (d’un point de vue spatial) du site de terminaison et d’ainsi accélérer le re-recrutement de ces sous-unités, dissociées après terminaison d’une première traduction. De cette manière, il n’y a pas de temps de latence pendant lequel ces structures se retrouveraient inutilisées. V.B. COUPLAGE TRANSCRIPTION / TRADUCTION Ce couplage est possible principalement chez les procaryotes, étant donné que contrairement aux eucaryotes, la transcription et la traduction sont cytosoliques. Les eucaryotes ont probablement aussi un couplage transcription / traduction, mais avec un temps de latence non-négligeable, qui correspond au temps d’export de l’ARNm hors du noyau. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 15/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Chez les eucaryotes, on retrouve un couplage au moment de la transcription → maturation qui avait lieu simultanément à la transcription de l’ARNm. 16/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 V.C. ARNM MONO ET POLYCISTRONIQUES Bien connaître la différence entre les deux, la prof a pas mal insisté dessus ! Les ARNm polycistroniques sont présents uniquement chez les procaryotes (ils n’existent pas chez les eucaryotes). Les ARNm polycistroniques correspondent à plusieurs cadres de lectures ouverts sur un même ARNm, qui vont permettre à partir d’un seul ARNm de produire des protéines différentes mais qui appartiennent au même métabolisme. Chez le procaryote : Les mécanismes d’initiation de la traduction sont différents, à cause de l’absence de coiffe en 5’ qui ne permet pas à la petite sous-unité du ribosome de s’y fixer → on retrouve, à la place, des sites d’entrée du ribosome, situées avant chaque cadre de lecture ouvert. Le ribosome entre au niveau de ce site et progresse en traduisant la séquence qui suit, en commençant par le codon AUG qui correspond à la séquence Shine- Dalgarno. Cela nous rapporte à la notion d’opéron bactérien : Sa transcription aboutit à la synthèse d’un ARNm polycistronique, qui code donc pour plusieurs protéines différentes mais appartenant au même métabolisme et dont la production est sous le contrôle de la protéine codée à partir du gène régulateur en amont de l’opéron. Les différents gènes sont sous la dépendance d’un promoteur mais également d’un opérateur qui permet la liaison de la protéine régulatrice. Au sein d’un même opéron, on retrouve jusqu’à 20 gènes sous la dépendance de ce gène régulateur qui permettront la production de 20 protéines différentes impliquées dans le même métabolisme. Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 17/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Exemple : opéron lactose Il permet de produire les protéines nécessaires à la digestion du lactose, dans le cas où il y en a dans l’environnement de la bactérie. On retrouve alors 3 gènes qui sont sous la dépendance du gène de régulation : Lac Z, Lac Y et Lac A. Une fois transcrites en un ARNm polycistronique puis traduites, on obtient 3 protéines : la β-galactosidase, la lactose perméase et la thiogalactose transcétylase → 3 enzymes impliquées dans le métabolisme du lactose. Le gène de régulation, Lac l, va, après transcription et traduction, produire un répresseur. Ce répresseur, en l’absence de lactose, se fixe sur l’opérateur et empêche ainsi la progression de l’ARN polymérase et la synthèse de l’ARN polycistronique. ➔ En absence de lactose, la cellule n’a pas besoin des enzymes du métabolisme du lactose , la production de celles-ci est donc inhibée. ➔ S’il y a présence de lactose dans l’environnement, le répresseur est tout de même produit, mais il va interagir avec le lactose ce qui va empêcher sa fixation sur l’opérateur et permettre la synthèse des différentes protéines impliquées dans l’opéron lactose. V.D. REGULATION DE LA TRADUCTION Contrôle négatif par liaison de protéines aux régions non traduites de l’ARNm (au niveau du promoteur) → exemple de la ferritine chez les eucaryotes : La ferritine est une protéine de stockage du fer qui permet de stocker le fer au niveau hépatique principalement (foie), en vu de son utilisation future pour produire l’hémoglobine nécessaire au transport de l’oxygène dans l’organisme. Lorsqu’il y a peu d’atomes de fer dans le cytosol, le besoin de synthétiser de la ferritine est moindre (pas besoin de stocker les molécules alors qu’il y en a déjà peu). Cette diminution de production est possible grâce à la liaison de l’aconitase au niveau de la partie 5’ UTR de l’ARNm de la ferritine qui entraine le blocage de la progression du ribosome et donc de la production de ferritine. En cas d’excès d’atomes de fer dans le cytosol, le fer va interagir avec l’aconitase et induire un changement de sa conformation, qui rend sa liaison avec la partie 5’ UTR de l’ARNm impossible. Le codon AUG étant ainsi libéré, la traduction est désormais possible et la production de ferritine va permettre le stockage de ce fer en excès. 18/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Régulation de la phosphorylation d’un facteur d’initiation de la traduction (eIF2) → exemple de la régulation de la synthèse des gènes de globine : En fonction de la présence d’une kinase spécifique, ce facteur eIF2 va soit être phosphorylé, ce qui va le rendre inactif, soit être déphosphorylé, ce qui va le rendre actif. Dans les globules rouges de la cellule eucaryote, on retrouve de l’hémoglobine = structure avec 4 chaines polypeptidiques, chacune d’entre elles étant associées à une molécule d’hème (qui permet le transport de l’oxygène). Ces chaines de globines sont synthétisées chez les précurseurs des globules rouges (les érythroblastes). Différenciation des globules rouges : érythroblastes → globules rouges. Les globules rouges n’ayant pas de noyaux, il leur est impossible de faire les étapes de transcription et de traduction. Mais le noyau est encore présent chez ses précurseurs : c’est pour cela que les chaines de globulines sont synthétisées à ce niveau de différenciation. Pour produire une quantité de globines correspondante à la quantité d’hèmes disponibles, il y aura une régulation de la synthèse des chaines de globines par phosphorylation / déphosphorylation du facteur eIF2. Si de l’hème est disponible, la kinase sera inactive donc la phosphorylation du facteur sera impossible → eIF2 déphosphorylé = actif, la traduction et la synthèse de globine aura alors lieu. S’il n’y a pas d’hème disponible dans la cellule, la kinase spécifique s’active et va phosphoryler le facteur d’initiation → eIF2 phosphorylé = inactif, la traduction et la synthèse de globine n’aura pas lieu (une globine sans molécule d’hème associée est inutile et serait synonyme de gaspillage cellulaire). VI. MOLECULES INHIBITRICES DE LA TRADUCTION La traduction est une étape qui est la cible de molécules thérapeutiques : certains antibiotiques comme les tétracyclines ou encore certaines toxines comme la toxine diphtérique et la ricine (toxine végétale). En fonction de leur mécanisme d’action et de l’étape de la traduction qu’elles ciblent, elles vont être soit spécifiques des procaryotes, soit spécifiques des eucaryotes, ou alors non spécifiques (comme la puromycine). Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 19/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 Le tableau détaillé n’est pas à connaitre VII. REGULATION POST-TRADUCTIONNELLE Il s’agit de la voie qui permet la dégradation des protéines par le protéasome, soit si elles sont mal repliées après modifications post-traductionnelles, soit si ce sont des protéines qui ne servent pas (exemple de la globine produite alors qu’il n’y a pas de molécules d’hème disponibles). Le protéasome est un complexe multiprotéique qui reconnait les protéines après modifications post- traductionnelles particulières → fixation d’ubiquitine. Une poly-ubiquitination de la protéine correspond à un signal de dégradation pour le protéasome. Une fois la protéine reconnue, elle passe dans le cœur du protéasome pour être dégradée et permettre à ses acides aminés d’être recyclés et ré-utilisés pour la formation d’une nouvelle protéine. 20/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)  Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 VIII. CONCLUSION Ce qu’il est important de comprendre c’est que la transcription commence au début de l’exon 1 (exon = séquence du transcrit primaire gardée dans l’ARNm mature) alors que le début de la traduction ne se fait pas au début de l’ARNm mature mais au niveau du codon d’initiation présent de la séquence de Kozak → ce codon peut se trouver dans n’importe quel exon de l’ARNm. Tous les exons qui se situent avant le codon d’initiation forment l’extrémité 5’UTR (= exonique, puisque présente dans le transcrit mature). La terminaison de la traduction se fait au niveau du codon STOP → généralement présent dans le dernier exon de la séquence d’ARNm. Tout ce qui se situe après ce codon (fin du dernier exon) forme l’extrémité 3’UTR (= exonique, puisque présente dans le transcrit mature). Ces séquences ne sont certes pas traduites, mais elles sont essentielles puisqu’elles correspondent au support de potentielles régulations traductionnelles et modifications post-traductionnelles (avec l’exemple de l’action des microARN). Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025) 21/22 Traduction de l’ADN | Biologie Moléculaire UE2 22/22 Tutorat Santé Lyon Sud (2024-2025)