II.4 Différents types de promoteurs reconnus par le facteur σ. figure

Les promoteurs sont reconnus de façon spécifique par l’ARNP via le facteur sigma qui lui est associé. Cette reconnaissance constitue un point de contrôle important de la régulation de la transcription des gènes.

Classe -10 -35 :

Les deux éléments principaux des promoteurs de cette classe sont -10 et -35. Ce sont des séquences hexanucléotidiques relativement bien conservées. Leur séquence consensus est TATAAT (ou Pribnow box) et TTGACA (Feklistov and Darst, 2011). Ces deux éléments sont localisés respectivement à 10 et à 35 paires de base en amont du site du début de transcription (Browning and Busby, 2004; Busby and Ebright, 1994). Ils sont séparés par 17 pb ; cet espacement peut varier de 15 à 19 pb, mais il est généralement bien conservé, ce qui n’est pas le cas de leur séquence.

La force du promoteur sera déterminée par le degré de conservation des éléments -35 et -10 par rapport aux séquences consensus. Il a été montré également que les promoteurs dont l’espacement est de 17 pb sont plus efficaces in vitro et in vivo que les promoteurs qui ont une longueur inter-hexamèrique de 15 ou 19 pb. Cet espacement module l’interaction du facteur sigma avec le promoteur. Le changement de la longueur de 17 pb à 16 pb entraîne une rotation du domaine σ₄ de 5 degrés. La variation de longueur est limitée par le nombre de rotations que le domaine σ4 peut effectuer (Zuo and Steitz, 2015). Cette différence d’espacement affecte la stabilité du complexe ouvert (RPo) (Ayers et al., 1989; Mulligan et al., 1985). L’espacement optimale entre l’élément -10 et le site d’initiation de la transcription est de 7 pb, Il module également l’interaction entre Eσ⁷⁰ et le promoteur (Walker and Osuna, 2002).

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L’élément -10 est le motif du promoteur bactérien le plus fortement conservé et il est essentiel pour la plupart des promoteurs. Il joue un rôle important dans la nucléation du promoteur au cours de la formation du complexe RPo.

Classe -10 étendu :

Les promoteurs de cette classe ont un motif 5’-TRGn-3’ supplémentaire (où n représente une base) immédiatement situé en amont de l’élément -10. 60% approximativement des gènes des bactéries gram-positifs sont transcrits à partir de la classe des promoteurs -10 étendus (Bashyam and Tyagi, 1998). Des mutations dans le motif TGn réduisent significativement l'activité in vivo de ces promoteurs chez Mycobacterium. Il a été suggéré que la séquence -10 étendu facilite la fixation de l’ARNP sur le promoteur en l’absence de l’élément -35 ou lorsque la séquence -10 est faiblement conservée ou quand la longueur inter-hexamèrique est longue (Mitchell, J.E.; Zheng, D.;2003).

Bien que -10 étendu reste en double brin au cours de l’initiation de la transcription le changement de cette séquence affecte principalement le taux d'isomérisation mais il n’affecte pas la formation du complexe fermé (Feklístov et al., 2014a; Saecker et al., 2011).

La région 3 de σ⁷⁰ interagit avec la séquence TG. Cette interaction peut jouer un rôle dans la formation du complexe ouvert pendant l'initiation de la transcription et donc moduler la force du promoteur (Newton-Foot and Gey van Pittius, 2013). Ce type de promoteur est peu présent chez E. coli (exemple chez E. coli : galP1) (Camacho and Salas, 1999; Voskuil and Chambliss, 2002).

L’élément UP :

Quelques promoteurs peuvent inclure l’élément UP (~ 20pb) situé entre les positions -80 et -40 en amont de l’élément -35 et -10. Cet élément augmente la transcription en interagissant avec le domaine C-terminal de la sous-unité α de l’ARNP (αCTD). Il a été proposé que la partie amont de l’ADN s’enroule autour de l’ARNP lors de l'initiation et induit une courbure de l’ADN. Cette interaction contribuerait probablement à la fusion et à la stabilisation de la bulle de transcription (Ross and Gourse, 2005; Zenkin and Severinov, 2004). L’ élément UP permet également l'initiation de la transcription en l'absence de l'élément Lid (Toulokhonov and Landick, 2006).

L’élément UP le mieux caractérisé est celui du promoteur rrnBP1 riche en adénine (A) et en thymine(T). La séquence consensus est 59 nnnAAA(A/T)(A/T) T(A/T) TTTTnnAAAAnnn -38 (Estrem et al., 1998). Cet élément a été identifié dans d'autres promoteurs d’ E. coli, dans

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d'autres espèces bactériennes et dans des promoteurs transcrits par des holoenzymes contenant le facteur sigma alternatif (Ross et al., 2001).

Élément discriminateur :

C’est une séquence de 6 à 8 bases riche en G+C située entre l’élément -10 et le site d’initiation de la transcription dans les promoteurs d’ARNr et d’ARNt. Les bases de cette séquence ne sont pas fortement conservées chez les promoteurs d’E.coli. Les séquences contenant une guanine en position -5 ont des interactions plus fortes avec la région 1.2 de σ⁷⁰. Cette interaction affecte le taux de dissociation de RPo vers RPc qui est un déterminant majeur de la sensibilité des promoteurs d’ARNr et de la sensibilité d'autres promoteurs régulés négativement par ppGpp et DksA (Bochkareva and Zenkin, 2013). L’élément discriminateur est nécessaire à la fusion de l'ADN duplex en amont du site d’initiation de la transcription et joue un rôle particulièrement important au cours de la formation du complexe ouvert (Haugen et al., 2008) et participe à sa stabilité et sa durée de vie (Ruff et al., 2015).

Pour le promoteur λPr dont l’élément discriminateur est constitué de 6 bases dans lesquelles les bases G/G sont en position -6/-5, la stabilisation est forte (K3(equilibrium constante) > 10⁵) (Kontur et al., 2008). Pour T7A1, dont l’élément discriminateur est constitué de 7 bases dans lesquelles les bases T/A sont en positions -7/-6, la stabilisation est significativement plus modeste (Ruff et al., 2015). Le complexe RPo de T7A1 a une durée de vie et une structure analogues à celles de l’intermédiaire I3 du promoteur λPr (Ruff et al., 2015).

Pour le promoteur rrnB P1 dont l’élément discriminateur est constitué de 8 bases dans lesquelles les bases G/C sont en position -8/-7, le complexe RPo a une durée de vie courte et une thermodynamique relativement instable. Il est l’analogue de I2 des promoteurs λPr et T7A1 (Ruff et al., 2015). La courte durée de vie du complexe est nécessaire à la réponse au changement de l’environnement nutritionnel qui va servir de signal à la traduction cellulaire (Paul et al., 2004b).

La substitution de -7C par G a augmenté de 40 fois la durée de vie du RPo (Haugen et al., 2006; Ruff et al., 2015).

Mais les promoteurs présentant une forte interaction entre le discriminateur et σ1.2 augmentent leur activité et perdent leur régulation par ppGpp/DKsA et par la concentration iNTP (Haugen et al., 2006).

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Figure 11. Différents types de promoteurs bactériens: A Promoteur procaryotique classique -10 -35.

B Promoteur -10 étendu. C Promoteur à élément UP. D Promoteur comportant un élément

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