Génome et Régulation PDF

Génome et Régulation Génome nucléaire, génome mitochondrial, génome chloroplastique Introduction ; Définitions : Homme = entre 20 et 25 000 gènes, génome extrêmement hétérogène Chromosome Y extrêmement pauvre en gènes, génome plus complexe par l’épissage alternatif 2% du génome qui correspond à...

Génome et Régulation Génome nucléaire, génome mitochondrial, génome chloroplastique Introduction ; Définitions : Homme = entre 20 et 25 000 gènes, génome extrêmement hétérogène Chromosome Y extrêmement pauvre en gènes, génome plus complexe par l’épissage alternatif 2% du génome qui correspond à de l’ADN qui va coder pour des protéines D’autres régions sont transcrites mais ne code pas pour une protéine, elles sont épissées = 43% 55% du génome qui correspond à des régions non transcrites. Pseudo-gènes : gène inactif au niveau du génome car mutation génétique qui les rendent non fonctionnels Séquences non-codantes : -Télomères : à l’extrémité, des fibres nucléoplasmiques sont monobrins, ils permettent l’attachement des fibres à l’enveloppe nucléaire dans la lamina nucléaire. Impliqués dans le phénomène de vieillissement cellulaire du fait de leur raccourcissement à chaque division cellulaire. -90% correspondent à des séquences dont la fonction est inconnue. Autre classe de gènes = gènes « furtifs » codant pour des microARN : régulateurs majeurs du fonctionnement cellulaire Lamina nucléaire Gène (fraction d’ADN = séquence régulatrice + région transcrite) : gouverne par l’intermédiaire d’ARN messagers, la synthèse des protéines déterminant la mise en place des acides aminés dans un ordre précis. Ces protéines imposent les propriétés de chaque cellule [Cellule différenciée] Gène : succession de portions codantes (exons) qui seront exprimées en succession d’aa et de portions non-codantes (introns) dont les transcrits seront éliminés. Gène séquence d’ADN codant pour une protéine qui peut-être une protéine de structure ou une protéine intervenant dans la régulation des gènes. 1 Deux grandes classes de gènes de structure : - Gènes constitutifs, constamment exprimés - Gènes inductibles, inactifs ou peu actifs, qui s’expriment en réponse à des signaux. Portions d’ADN codant pour des P 1,2% du génome ( 5’ brin anti-sens Transcription sur le brin anti-sens, en formant un brin complémentaire qui est donc une copie conforme du brin sens à l’exception de la thymine remplacée par l’uracile, par l’ARN polymérase. Puis traduction en protéine. Une maturation des ARN est nécessaire avant leur transport et pendant/après la transcription Modifications des extrémités : - Addition d’une coiffe : 7-méthyl Guanosine triphosphate ; ext 5’ -> protection de l’attaque des enzymes ->initiation de la Traduction - Addition d’une queue poly-A en 3’ : successions d’adénines (200-250) 4 -> passage de l’ARNm du noyau vers le cytoplasme -> protection des ARNm au cours de la traduction Transcription – Polymérases & Classification des gènes chez les Eucaryotes Au site d’initiation (ARN pol) Pas d’opéron, donc plus complexe 3 classes d’ARN pol (I, II, III) dans le noyau Chacune transcrit différents types de gènes La TRS° impliquant l’ARN pol II a typiquement un promoteur contenant plusieurs séquences courtes ( myoD, myc-max L’hétérodimérisation augmente la diversité des facteurs de TRS° qui peuvent être produits à partir d’un nombre limité de polypeptides. HBH : rôle dans la différenciation cellulaire et le contrôle de la prolifération cellulaire, développement de certains cancers. Protéines HMG: high mobility group 3 hélices α organisées en boomerang pouvant s’unir à l’ADN. Les facteurs de ce type activent la TRS° en recourbant l’ADN, déformant l’ADN, facilitant l’interaction d’autres facteurs de TRS°. La protéine SOX6 fait partie de la famille des protéines SOX qui tire son nom de SRY (Sex determining Region on Y-box). Cette famille a été nommé ainsi à cause du domaine HMG qu’elle possède et qui est très semblable à celui de SRY, le gène codant la différenciation des gonades en testicules chez les embryons mâles. Les SOX sont des facteurs de transcription qui jouent un rôle très important dans l’embryogénèse et dans la destinée des cellules non différenciées. 6 Comparaison de la régulation de l’expression génique entre les Procaryotes et les Eucaryotes Procaryotes Eucaryotes Contrôle de la transcription par des facteurs Oui Oui de transcription spécifiques Rôle joué par la structure de la chromatine Non Oui Régulation coordonnée par des opérons Oui Non Epissage alternatif Non Oui Polyadénylation différentielle Non Oui Transport du noyau vers le cytoplasme Non Oui Vitesse de traduction différentielle Oui Oui Comparaison entre les transcriptions procaryote et eucaryote -1 Eucaryotes 1. Séparation spatiale entre transcription et traduction 2. Nucléosomes chez les eucaryotes 3. Monocistronique 4. Introns 5. Trois ARN polymérases différentes (1,2 et 3) 6. Protéines accessoires nécessaires (facteurs pour la transcription basale) 7. Facteurs de transcription spécifiques 8. Amplificateurs Procaryotes 1. Transcription et traduction simultanées, pas de séparation dans le temps et l’espace 2. Pas de nucléosomes 3. Polycistronique 4. Une seule ARN polymérase 5. Protéines activatrices de la transcription dans certaines circonstances, mais pas de facteurs pour la transcription basale. 6. Activateurs et répresseurs spécifiques inductibles 7. Eléments d’amont, mais pas d’amplificateurs. Les modifications au sein de la chromatine permettant ou non l’expression des gènes : Modifications épigénétiques : - La méthylation, l’acétylation et la phosphorylation. DOC 15 DERNIER DOC TOUT ENSEMBLE ➔ La méthylation de l’ADN représente un type de modification chimique qui ajoute des groupements méthyles à certaines cytosines qui dès lors préviennent la transcription de certains gènes. L’ADN méthylase catalyse cette réaction. 7 La régulation de la Transcription chez les eucaryotes : épigénétiques *Répression de la transcription chez les EuC Modification de l’ADN, changements dans le mode d’inclusions de l’ADN dans les nucléosomes – Modifications épigénétiques. - Rôle de la méthylation de l’ADN Un nucléotide sur 100 peut porter un groupe méthyl supplémentaire toujours attaché au carbone 5 d’une cytosine. Sous l’action de méthyl transférase. Chez les mammifères, pratiquement tous les résidus méthylcytosines font partie d’un dinucléotide 5’-CpG-3’ (paires de nucléotides CG, îlots CpG). Localisation préférentielle dans les régions du promoteur contrôlant l’expressions des gènes 5’ Méthylation sert à maintenir le gène dans un état inactif. Avec une inhibition de la TRS° assez permanente mais pas irréversibles. - La méthylation des cytosines (îlots CpG) se fait par des méthylase ou méthyltransférase *Régulation épigénétique positive -Structure de la chromatine et transcription Association ADN/histones inhibent la TRS° - Acétylation des histones (réduction des forces d’interaction ADN-Histones) sous l’action des histones acétyltransférases (HAT) – HDAC : Histone déacétylases - Complexes de remodelage de la chromatine qui désorganisent les nucléosomes (SWI, SNF) Nucléosome : fragment d’ADN de 200pb + P basiques (histones). Charge +, cœur nucléosomique : 146pb + 8 histones (2H2A, 2HB2, 2H3, 2H4). Une autre histone : H1 permet le maintien de l’ADN ; interagit avec l’ADN de 2 nucléosomes voisins. Antagonisme nucléosomes/facteurs de transcription au sein de la chromatine. Lorsque la chromatine est condensée, les facteurs de transcription ne peuvent pas accéder aux gènes. Il faut donc une libération de l’ADN pour qu’il puisse être transcrit. Le complexe de remodelage permet l’accès des promoteurs au complexe d’initiation de la transcription. Antagonisme acétylation/méthylation, conséquence sur l’activité de la chromatine. 8 L’acétylation des histones lors de la réplication intervient avant leur incorporation dans les nucléosomes. L’acétylation des histones est corrélée avec l’expression des gènes. Les désacétylases sont associées avec des répresseurs La désacétylation des histones est associée avec la répression de l’activité génique, Les désacétylases sont présentes dans des complexes présentant une activité Répressive 2-I – Le contrôle au niveau de la maturation des ARNm *Epissage différentiel ou alternatif -Elimination des introns. -Un même gène code pour deux ou plusieurs protéines apparentées -Maturation dépend du stade de développement ou du type de tissu/cellule considérée -Modification des (propriétés de la protéine) Pp : localisation cellulaire, types de ligands qu’elles peuvent fixer, Cinétique des activités catalytiques 2-2 – Le contrôle au niveau de la traduction des ARNm *Différents mécanismes régulateurs : -localisation des ARNm -Traduction éventuelle de l’ARNm et fréquence de la traduction -demi-vie des ARNm ➔ Ces systèmes de contrôle correspondent à des interactions ARNm/Protéines présentes dans le cytoplasme. -Régions de l’ARN impliquées = UTR : « untranslated region » en 3’ et/ou 5’ ➔ Mécanismes de Régulation de l’expressions des gènes font tous intervenir des Protéines. 9