1 Keisi Malushi et Lila Helloco – P2 16/11/2021 ROUILLON- Biochimie
LA TRANSCRIPTION (suite)
IV- La régulation transcriptionnelle
A. Pourquoi réguler ?
→ Pour s’adapter.
La transcription donne des ARN qui vont donner des protéines. Ces protéines ont des fonctions biologiques qui vont permettre la vie de la cellule.
Dans un organisme unicellulaire, les levures ou les bactéries peuvent rencontrer des hôtes, des pathogènes ou même un changement de T° qui va occasionner un stress.
Dans un organisme pluricellulaire, d’autre phénomène intervienne, la régulation va être différente.
B. Comment réguler ?
On fait varier les ARNm et les petits ARN. Mais rarement ceux du pool global.
Les gènes de ménage codent des protéines de ménages dont on a besoin tout le temps : c’est la base.
Contrairement au gène spécifique qui interviennent seulement en cas de changement (ex : choc thermique).
1. Au 1
erniveau : accès à la chromatine (cas eucaryote)
L’accès de la chromatine dépend de son état, si celle-ci est compacté ou non. Cela dépend de la méthylation des cytosines et donc l’accessibilité de l’ARN polymérase. Une décompaction de l’ADN est nécessaire en effectuant un désenroulement.
Mais aussi de l’acétylation des histones cela va faire agir des acétylases ou des désacétylases.
La méthylation des cytosines va avoir lieu au niveau des ilots CPG : zone riche en di-nucléotide CG (cytosine-guanosine) dans région 5’ des gènes des vertébrés. Il s’étend sur le promoteur et peut déborder jusqu’à l’exon 1 (par méthylation naturelle).
En cas de méthylation de l’ADN, l’état de transcription est éteint.
Les ilots CPG sont retrouvés dans les gènes constitutifs (housekeeping) et transcrits et dans 40% des gènes tissus spécifiques.
La méthylation des cytosines des ilots CPG joue un rôle dans l’expression des gènes. Quand il y a méthylation, il n’y a pas d’expression de gènes donc plus c’est méthylè, moins c’est exprimé.
Bilan sur la structure chromatinienne :
• Euchromatine : transcriptionnellement active
• Hétérochromatine : état condense transcriptionnellement (inaccessible), inactive
• Histones : peuvent être modifiés et impactent sur la disponibilité à la transcription (Acéthylation, ubiquitination, méthylation)
2
2. Régulation CIS « régulateur de proximité »
Le gène est dans la région promotrice, on a les éléments CIS comme la TATA box, CRE, Seq MET…
Et on a aussi les ARN cis régulateur qui agissent sur la transcription : sur un gène transcrit, il y a un ligand qui se fixe et qui empêche la transcription (cis régulateur ➔ ribo- swich) : conformationelle et lié à un ligand.
3. Régulation TRANS « régulation à distance »
Fait intervenir des génomes à distance, ce sont des protéines capables de se fixer à l’ADN grâce à des motif (doigts de zinc, motif leucine zipper vont permettre de se lier à la double hélice de l’ADN). Cela peut agir sur la transcription.
On a des protéines qui recrute la machinerie de transcription et l’amène à bon port pour la favoriser la transcription (domaine riche en glycine, proline, domaine hélice α acide).
Grâce aux nouvelles méthodes d’analyses, on peut déterminer les fonctions des protéines qu’on ne connaît pas. Mais la fonction inconnue avec un domaine qui fait potentiellement certaine action.
Définition :
Un facteur de transcription est une protéine nécessaire à l’initiation ou à la régulation.
On trouve les facteurs de transcription : généraux, spécifiques ou inductibles.
L’ARN trans-régulateur : comment ça fonctionne ?
Un ADN ne peut pas être transcrit, si on a un petit ARN qui mime la structure d’un complexe d’initiation de la transcription et donc il piège la machinerie de transcription : diminution du pool endogène de molécule d’ADN polymérase disponible de facteur sigma.
(On dit trans car c’est apporté par une zone différente du génome)
Les éléments trans régulateur sont habituellement des facteurs de transcription On peut les avoir constitutivement actifs (gène de ménage) qui sont toujours là, ou des facteurs de transcription régulés. Ils
3 vont soit être régulés dans un type cellulaire ou soit ils vont répondre à l’arrivée d’un signal extérieur(choc thermique…) ou intérieur.
On va donc avoir pleins de cascades comme cela.
Si on régule un facteur de transcription, ce facteur va faire son job quand il est là. On peut donc avoir une reponse ++++.
Exemple de facteurs sigma (E.Coli)
• Sigma général (sigma 70)
• Sigma alternatif : choc thermique (sigma 32 / E), carence en azote (sigma 54), flagelle (sigma F)
V. La régulation post-transcriptionnelle
La régulation transcriptionnelle va amener une variation du niveau de transcrit, on va agir sur la transcription en elle-même. Mais on peut aussi agir au niveau post-transcriptionnelle, chez eucaryotes par exemple action au niveau de l’épissage, la maturation etc.
La maturation post transcriptionnelle va influer sur la quantité disponible de transcrit :
• Stabilité des ARN m
◦ Coiffe et méthylation en 5’, poly-adénylation en 3’, édition des ARNm
◦ Peut varier selon les conditions du milieu
• Localisation des ARNm
◦ Si le transfert des ARNm du noyau vers le cytosol ne se fait pas, il n’y aura pas de protéine.
• Épissage/ Épissage alternatif
4 Maturation ayant un rôle dans la fonction des protéines : à partir d’un ARN pré-messager constitué d’exons et d’introns pour réaliser l’épissage et former l’ARN messager qui constituera le squelette de la protéine.
Épissage alternatif → plusieurs ARNm via épissage différentiel/alternatif→ plusieurs protéines possibles
• Pré ARNm : on a toujours deux possibilités (≠ fonction de protéines)
◦ Épissage constitutif (on enlève tous les introns)
◦ Épissage alternatif
➔ Variation de la quantité et le type de protéine produits.
Récapitulatif :
• Régulation cis : promoteur, enhancer (allumer) , silencer (éteindre TATA box…)
• Régulation en trans (facteurs de transcription : attention il peut avoir un rôle différents en fonction de ces partenaire)
• Régulation chromatinienne (accessibilité de la chromatine pour être transcrit)
VI- Exemples
A.La voie du métabolisme des Α soufrés chez Z.cervisiae ( levures )
Grâce à une cascade de biosynthèse, à partir du sulfate extracellulaire on obtient l’homocystéine avec laquelle on va pouvoir former la méthionine (→ S-adénosylméthionine ) ou la cystéine.
Tous les organismes fonctionnent à l’économie d’énergie c-à-d s’il y a de l’espèce dans le milieu de culture, on ne va pas se fatiguer à en fabriquer : existence de senseur.
La levure sent la présence des ΑA soufrés et réprimer la biosynthèse de ceux-ci (ON/OFF).
On a séquencé le gène MET
5 On retrouve la séquence TCACGTG (en amont) et la
séquence AAACTCTG (en arrière). Ce sont des séquence consensus qui interviennent et permettent la fixation de :
• CBf1 : se lie sous forme de dimère à la séquence en amont ce qui modifie la structure de l’ADN
• Met 28 : protéine facilitatrice de la formation du complexe multi-protéique
• Met 31 et 32 : reconnaît les séquences et s’y lie
• Met 4 : incapable de se lier à l’ADN elle est capable d’activer la transcription en recrutant la machinerie
→ En découplant les différents rôles dans les protéines on va avoir du mal à tout casser d’un coup (théorie
de la prof)
La met 4 a 666 AA, elle a une région : - LZ : fixation du cbf1 et met 28 - INT : fixation du met 31 et met 32 - inhib : fixation du met 30
- Act (permet l’activation indispensable)
Lorsque la concentration en méthionine, cystéine est forte dans le milieu on observe l’inverse, la transcription s’éteint.
Il existe dans la cellule, le protéasome qui reconnait certaines protéines ubiquitinées et les dégrade.
Lorsqu’il y a beaucoup de méthionine dans le milieu, le complexe SCF (complexe multiprotéique qui travaille avec le protéasome pour ubiquitiner) reconnait la protéine met4 car elle a été modifiée et induit sa dégradation avec le protéasome.
6 Attention : met 30 (inhibiteur) est aussi réguler par met4, quand il dégrade met 4 on a plus de Met 30, on a donc un système d’autocontrôle. Tout le système est basé sur un équilibre.
Met 4 est tout le temps transcrit et il est dégradé quand il n’y a plus de méthionine dans le milieu.
B. L’opéron lactose chez la bactérie E.coli
Il code pour des enzymes qui digère le lactose, si il y a du lactose il faut pouvoir l’utiliser et si il n’y en a pas, aucun intérêt de production d’enzyme qui digère le lactose ( perte d’énergie).
Donc en premier lieu, on doit savoir s’il y a du lactose ou pas.
Dans l’opéron en présence de lactose, on a transcription, le répresseur est complexé au lactose incapable de se fixer sur l’opérateur : l’ARN polymérase passe et permet la transcription de l’enzyme.
Le régresser complexé à l’inducteur est bloqué, la transcription des gènes Lac Z, Y, A se fait : c’est le lactose lui-même qui permet à la cellule de synthétiser les protéines qui vont permettre son assimilation.
La bactérie préfère tout le glucose, donc si on a du glucose on a une extinction de l’opéron lactose.
Le répresseur complexé à l’inducteur est bloqué, mais la présence du glucose empêche la transcription des gènes Lac Z, Y, A (2éme niveau de régulation sur l’ARN polymérase).
Récapitulatif:
- Pas de lactose : opéron lactose inactif (répresseur agit) - Lactose + glucose : opéron lactose inactif
- Lactose : opéron lactose actif
C. L’opéron tryptophane chez la bactérie E.coli
On le fabrique quand il n’y en pas de tryptophane dans le milieu, seulement en fonction du besoin. Il y a 5 gènes dans l’opéron qui vont permettre la synthèse du tryptophane. La synthèse de l’ARNm de l’opéron est contrôlée par un répresseur qui bloque la transcription.
- En présence de tryptophane : il agit lui-même pour empêcher la transcription des gènes permettant sa synthèse
- En absence de tryptophane : les enzymes TrpA, B, C, D, E vont permettre la synthèse du Trp
→Travail au plus économe pour la cellule.
VII- Inhibiteur de la transcription
7 L’ARN polymérase comme cible des ATB (procaryote):
• Essentielle à la bactérie : on en a qu’une donc si je l’empêche d’agir on a un effet bactério-cidal (tue) (≠ bactério-statique : qui stop)
• Fortement conservée chez les procaryotes : une molécule pourra cibler plusieurs pathogènes
• Suffisamment différent des ARN polymérase eucaryotes (peu ou pas d’effet toxique des ATB sur le soi)
Cette réflexion peut se faire sur tous les pathogène par rapport à l’homme, on cherche des gènes essentiels avec le moins possible de répercussion chez l’homme.
Exemple :
• Rifampicine : bloque initiation et élongation de la transcription
◦ En recherche : production de l’ARN en T° ambiante et en choc thermique, on met dans la rifampicine qui arrête la transcription dans les deux cas, on peut donc observer la demi vie du pool selon les conditions. Répercussion du choc thermique sur la durée de vie ?
• Streptolydigine : élongation
• Actinomycine et α-amanitine : eucaryote : élongation
Cibles :
Les molécules ciblent : à ne pas apprendre par cœur (disponible sur le diapo de la prof )
• Le modèle switch 2 de l’ADN polymérase
• Canal principale de l’ARN polymérase
• Canal de sortie de l’ARN polymérase
• Autres éléments de l’ARN polymérase
La modélisation est un outil important des chimistes pour déterminer la stabilité des molécules sur les site actif etc… Après la découverte d’une molécule on peut faire du modeling pour en trouver plusieurs.
TOPO :
L’idée est de réviser tous les cours, sur cette partie on ne pas avoir d’exercice mais plus des QCM.
Attention, il ne faut pas oublier de réviser les TP (les comptes rendus +++).
L’exam est un mix entre cours et TP. Plus de par cœur sur vitamines, hème, cholestérol mais sur réplication, transcription, traduction faut avoir compris (mais connaître les définitions de base dans le cours).
