Exemples de régulations transcriptionnelles

1.1.1.1 Opérons : Promoteurs et Répresseurs

L’initiation de la transcription se fait lorsque l’ARN polymérase reconnait une séquence promoteur. Néanmoins, si nous venions à comparer les séquences promoteurs des bactéries, nous constaterions que, bien que les séquences sont hétérogènes, elles sont cependant reconnues comme étant des promoteurs et initient la transcription. En réalité, les promoteurs sont un consensus de séquence, c’est-à-dire qu’en comparant un ensemble de ces séquences entre elles, on peut enregistrer et moyenner pour une position donnée dans la séquence, l’utilisation d’un nucléotide. Il s’agit dans ce cas d’une régulation de l’expression dépendant de la séquence. La raison pour laquelle la séquence des promoteurs bactériens (ou eucaryotes) varie réside dans le fait que leur séquence détermine leur force, © le nombre

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d’initiation par minute (Li and Zhang, 2014). Les processus évolutifs ont fait que chaque promoteur va promouvoir avec une force plus ou moins importante la production d’ARN spécifiques codés par le ou les gènes présents en aval de ladite séquence promotrice. Un ARN fortement exprimé aura un promoteur fort, et inversement.

Les séquences promotrices sont asymétriques alors que l’ADN est une molécule double brin, cette asymétrie a d’importantes conséquences concernant la transcription. En effet, en principe deux molécules d’ARN pourraient être produites à partir d’un gène, en utilisant chacune un brin comme support. Néanmoins, un gène ne possède qu’un seul promoteur. De plus, son asymétrie fait que l’ARN polymérase ne pourra se lier que dans un sens et par la suite produire la molécule d’ARN dans le sens unique 5’-3’.

Les promoteurs présentent deux modes de fonctionnement. Un mode de régulation positif, auquel cas l’interaction entre le promoteur et une molécule appelée facteur de transcription permettra l’initiation de la transcription ; ou une régulation négative, c’est-à-dire que le gène est par défaut transcrit sauf si une molécule vient empêcher la fixation de l’ARN polymérase sur le promoteur.

Les promoteurs ne sont pas l’unique source de régulation de l’expression génétique et nous allons voir des systèmes de régulation classiques qui sont aujourd’hui utilisés en routine dans les laboratoires (Chevalet et al., 2000)(Demolli et al., 2014).

1.1.1.1 Le répresseur tryptophane

Le répresseur tryptophane contrôle l’ensemble des cinq gènes responsables du métabolisme du tryptophane (W) chez E. coli. Dans ce cas, il s’agit d’une répression mise en place en présence de W, celui-ci interagit avec la protéine répresseur qui s’en trouve activée. Suite à son activation, la protéine viendra se fixer sur une séquence spécifique au sein du promoteur empêchant par la même occasion l’ARN polymérase d’accéder à la séquence promoteur (Salazar-Cavazos and Santillán, 2014).

1.1.1.2 L’opéron lac : Activateur et répresseur

L’opéron lac d’E. coli (Jacob and Monod, 1961) est un interrupteur génétique plus complexe puisqu’il peut être sous contrôle négatif ou positif. Chez E. coli, la protéine responsable de la répression de l’opéron lactose est constitutivement exprimée. Lorsqu’elle

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n’est pas liée au lactose ou à l’Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG), la protéine empêche la production des enzymes responsable du métabolisme du lactose. Néanmoins, la présence de lactose n’est pas une condition nécessaire et suffisante à l’activation de l’opéron, il faut aussi une absence de glucose. En effet, en présence de glucose, la protéine activatrice des catabolites (CAP) n’est pas produite, or elle active les voies métaboliques alternatives, telles que l’opéron lactose. Pour résumer, en absence de glucose la CAP sera activée. De plus, le lactose se liera avec la protéine répresseur pour l’empêcher de se lier à l’opérateur (Becker et al., 2013).

1.1.1.3 Le système Tet-Off, Tet-On

Le système Tet-Off et Tet-On (Gossen and Bujard, 1992) permet une régulation fine de l’expression d’un gène. Le système est basé sur des éléments régulateurs de l’opéron Tn10 spécifique de la résistance à la tétracycline présent chez E. coli (Hillen et Wissmann, 1989).

Le système Ter-Off utilise la protéine tétracycline trans-activatrice (tTA), qui est le produit de fusion entre la protéine TetR (Répresseur tétracycline) trouvée dans E. coli et le domaine d’activation de la protéine VP16 provenant du virus de l’herpès, Herpes simplex virus (HSV). La protéine de fusion résultante tTA est capable de se lier à une séquence spécifique de l’ADN, la séquence opératrice TetO. Plusieurs séquences TetO sont généralement placées en amont d’un promoteur type CMV (cytomégalovirus), l’ensemble de ces séquences incluant le promoteur sont appelées l’élément de réponse à la tétracycline (TRE). Dans le système Tet-Off, les gènes sous le TRE sont réprimés par la tétracycline et ses dérivés comme la doxycycline, qui se lient à tTA l’empêchant ainsi de se lier à la séquence TRE.

Le système Tet-On fonctionne de manière similaire. Alors que pour Tet-Off, tTA est capable de se lier à l’opérateur uniquement s’il n’est pas lié par la tétracycline ou un de ses dérivés, dans le Tet-On, la protéine rtTA est capable de se lier à l’opérateur uniquement si elle est liée à la tétracycline. Dans le cas présent, l’ajout d’une de ces molécules antibiotiques initiera la transcription des gènes en avant de la séquence TRE.

Il existe évidemment d’autres systèmes de régulation transcriptionnelle, chez les eucaryotes par exemple, qui ne seront pas discutés ici. La régulation de la production de protéine ne se limite pas non plus au contrôle de la production d’ARNm. En effet, nous allons voir qu’il existe des contrôles de la traduction liés aux ARNm.

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