7.1) Chez la levure

a. GCN4.

La régulation de la traduction du facteur GCN4 fait intervenir 4 courts cadres de lecture ouverts également appelé uORF (upstream open reading frame) présent au niveau de son ARNm en amont de son véritable codon initiateur (Figure 34). Le premier uORF (uORF1) et le dernier (uORF4) sont suffisants pour assurer le contrôle traductionel de GCN4 (Mueller and Hinnebusch 1986). La présence de ces uORFs est essentielle pour la régulation de la traduction de GCN4. En effet, la mutation ou la délétion de ces uORF conduit à la dérepression constitutive de GCN4 (Hinnebusch 1984, Mueller and Hinnebusch 1986, Thireos et al. 1984).

La première étape de cette régulation est la fixation de la sous-unité 40S du ribosome associé au complexe ternaire eIF2.ARNt.Met.GTP au niveau de l’extrémité 5’ de l’ARNm de GCN4 (Figure 34). Ce complexe 48S commence à parcourir l’ARN jusqu’à arriver au niveau du premier uORF : uORF1. A ce moment précis, il recrute la sous-unité 60S et initie une première fois la traduction jusqu'au codon stop du uORF1 où la grosse sous-unité du ribosome se dissocie de même que le complexe eIF2/ARNt/Met/GDP. uORF1 est considéré comme une faible barrière traductionelle. En effet, après la traduction du uORF1, la sous-unité 40S du ribosome reste généralement associée à l’ARNm et continue de parcourir le transcrit. Les uORF fonctionnent donc comme des barrières dans des conditions non carencées en acides aminés car la réinitiation de la traduction après un uORF est inefficace chez les eucaryotes (Rosenberg and Paterson 1979). En effet, le facteur eIF2α n’étant pas phosphorylé les complexes ARNt.Met.GTP sont présents en grande quantité. Ainsi, après le passage du premier uORF, la plupart des sous-unités 40S se réassocient avec un nouveau complexe ternaire avant d’atteindre les uORF 2, 3 ou 4. La traduction peut être alors réinitiée au niveau de ces uORFs. Au niveau du codon stop du uORF4, on trouve des séquences riches en GC qui conduisent à la dissociation du ribosome et de l’ARNm (Grant and Hinnebusch 1994). Ainsi, lorsque le uORF4 est traduit, une éventuelle réinitiation de la traduction au niveau du codon initiateur de GCN4 devient impossible.

Activation

de GCN2

Activation des

gènes cibles de GCN4

(539 gènes)

Carence en acides aminés,

purines ou glucose

gènes de biosynthèse

des acides aminés: 73

énergétique: 10métabolisme

gènes de biosynthèsedes purines: 5

gènes de biosynthèse

de précurseurs des

acides aminés: 4

gènes réprimés

protéines ribosomales

facteurs de traduction

gènes de biosynthèse

de vitamines et de

cofacteurs: 16

autres gènes connus

ou inconnus: 375

intégrité de la cellule

autophagie: 3

protéase vacuolaire: 2

gènes codant pour

des protéines de

transport des

mitochondries: 8

gènes du

péroxisome: 6

molécules de régulation

protéines kinases: 11

phosphatases: 4

facteurs de transcription: 26

Figure 35: Les gènes cibles de GCN4.

68

En condition de stress, lorsqu’eIF2α est phosphorylé, la traduction des uORF de l’ARNm de GCN4 est fortement modifiée à cause de la faible quantité de complexes eIF2.ARNt.Met.GTP disponible. En effet, après initiation au niveau du premier uORF, la traduction ne peut pas être réinitiée au niveau des AUG des uORF en aval à cause du manque de complexes ternaires. L’absence d’un ARNt méthionine empêche la reconnaissance des codons AUG des uORF 2 à 4 (Cigan et al. 1988). Ainsi, plus de 50% des sous-unités 40S passent à travers les uORF 2, 3 et 4 sans se réassocier avec un nouveau complexe eIF2.ARNt.Met.GTP. La sous-unité 40S reste donc associée à l’ARNm et le codon initiateur de GCN4 peut alors être atteint et si un complexe ternaire est disponible, la traduction peut s’inititier à nouveau et la protéine GCN4 peut ainsi être traduite (Abastado et al. 1991, Dever

et al. 1992) (Figure 34).

b. Les gènes cibles de GCN4.

GCN4 appartient à la famille des facteurs de transcription de type bZIP (basic leucine Zipper) qui sont des protéines de liaison à l’ADN constitués d’une région basique permettant de lier l’ADN et d’un domaine de dimérisation aussi appelé « leucine zipper » (Landschulz et

al. 1988). GCN4 s’associe à l’ADN sous forme de dimère au niveau d’une séquence

constituée d’une répétition inverse de type ATGA(C/G)TCAT (Hinnebusch and Fink 1983; Hill et al. 1986; Hope and Struhl 1987).

Ces dernières années, des études d’expression par microarray ont révélé que la régulation des gènes intervenant dans la biosynthèse des acides aminés était seulement une des multiples fonctions de GCN4 (Jia et al. 2000; Natarajan, et al. 2001). En effet, ces études ont montré que ce facteur de transcription intervient dans la régulation de l’expression de plus de 500 gènes chez S. cerevisiae (Figure 35). Ainsi près de 10% des gènes de levure semblent être contrôlés par GCN4.

GCN4 induit l’expression d’au moins 73 gènes intervenant dans les voies de synthèse de tous des acides aminés ou de ces précurseurs. Au sein d’une même voie, plusieurs gènes sont souvent activés. Ainsi, induction des enzymes clefs de ces voies de biosynthèse permet de maintenir un niveau élevé d’ARNt aminoacylés dans la cellule.

B

A

Nom

Description

Traduction/ métabolisme et transport des acides aminés

Réponse au stress

Nom

Description

Rédox et détoxification

Dégradation des protéines

Voie de sécrétion

Transcription

Figure 36: Le facteur de transcription ATF4.

A: La régulation de la traduction d'ATF4. B: Les gènes cibles d'ATF4

Pas de stress: fort niveau d'eIF2-GTP

Stress: faible niveau d'eIF2-GTP

1 : uORF1 2 ATF4

5' UTR

5' UTR

: uORF2 : ORF d'ATF4

Pas de traduction d'ATF4 Traduction d'ATF4 (D'après Lu et al, 2004) (D'après Wek et al, 2006)

69

GCN4 régule également l’activité de gènes intervenant dans la voie de biosynthèse des purines. L’induction de ces enzymes par GCN4 pourrait être une stratégie pour de soutenir la synthèse en histidine puisque l’ATP produit par la cellule est partiellement utilisé dans le processus de fabrication de l’histidine.

De nombreux autres gènes possédant des fonctions très diverses se trouvent aussi régulé par le facteur de transcription GCN4. Ainsi, on trouve des gènes codant pour des protéines intervenant dans des voies de biosynthèse de certaines vitamines, des protéines de transport mitochondrial, des composants du peroxysome, des protéines kinases, des phosphatases et des facteurs de transcription. D’autre part plus de 350 gènes contrôlés par GCN4 ont des fonctions qui sont encore à déterminer. Cela montre bien que GCN4 est un facteur de transcription central chez la levure qui permet d’activer ou de réprimer des processus biologiques très différents.