Chapitre 10
La régulation de l’expression des gènes chez les bactéries et leurs virus
Une représentation du complexe répresseur lac-ADN, telle qu’elle a été déterminée par crystallographie aux rayons X
Régulation de l’activité des gènes
Procaryote
Eucaryote
Phénomène de différentiation
Les concentrations de protéines peuvent être régulées par des
mécanismes qui opèrent lors de la transcription ou de la traduction.
La régulation des gènes chez les procaryotes
La régulation de la transcription peut être placée sous contrôle négatif ou positif. Sous contrôle négatif, l’expression génique aura lieu sauf si elle est inhibée par une molécule régulatrice (répresseur). À l’opposé, sous contrôle positif, la transcription à lieu seulement si une molécule régulatrice
(activateur) stimule directement la production d’ARNm.
Effecteurs allostériques
Les activateurs et les répresseurs agissent comme des commutateurs
génétiques. Ces protéines possèdent deux sites importants: un domaine de liaison à l’ADN et un site allostérique. Le site allostérique interagit avec de
petites molécules appelées effecteurs allostériques, modifiant ainsi la capacité des activateurs et répresseurs à se lier à l’ADN.
L’exemple du métabolisme du lactose
Un minimum de deux enzymes est nécessaire au métabolisme du lactose:
1- Une β-galactosidase: Scinde le lactose en deux molécules distinctes de galactose et de glucose.
2- Une perméase: Nécessaire au transport du lactose à l’intérieur de la cellule.
Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes
Opéron: Un groupe de gènes de structure adjacents dont l’ARNm est synthétisé en un seul morceau (ARNm polycistronique), avec les signaux régulateurs
adjacents qui affectent la transcription de ces gènes de structure.
Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes
Le contrôle négatif du système inductible lac
Répresseur actif
Transcription inactive
ADN Promoteur Opérateur
Inducteur (lactose)
ADN Promoteur Opérateur Transcription active
Complexe répresseur-inducteur inactif
L’inactivation du répresseur pour des systèmes comme le lac se nomme induction.
Les dérivés du lactose qui inactivent le répresseur et provoquent l’expression des gènes lac se nomment inducteurs. Le système lac représente un exemple de
contrôle négatif puisqu’il repose sur l’inactivation du répresseur.
L’allostérie
Des protéines sont dites allostériques lorsqu’elles peuvent modifier leurs conformations et ainsi leurs sites de liaison.
Exemples de protéines allostériques: activateurs, répresseurs, etc.
Opérateur Inducteur
Répresseur
La dominance en cis et en trans
Certaines mutations peuvent exercer leur action sur d’autres gènes adjacents
dans l’opéron, un effet connu sous le nom de dominance en cis. La dominance en cis implique l’interaction physique d’un élément, avec des gènes directement en contact avec lui. Par opposition, la dominance en trans implique l’action d’un produit diffusible.
Exemple de dominance en trans
Exemple de dominance en cis
Le contrôle des gènes de l’opéron lac
Le contrôle des gènes de l’opéron lac
-
IS: La mutation IS élimine la réponse à l’inducteur en modifiant le site stéréospécifique de fixation de l’inducteur. Ainsi, même en
présence du lactose, cette mutation empêche la transcription des gènes Z et Y. IS est dominant sur I- et I+.
Importance des séquences conservées du promoteur
Les séquences entourées d’une boîte rectangulaire présentes aux environs des positions -35 et -10 sont très bien conservées dans tous les promoteurs d’E. coli et servent de site d’initiation de la transcription (endroit où l’ARN polymérase vient se lier pour initier le processus de transcription).
La répression catabolique de l’opéron lac par le glucose: un contrôle positif
Un système supplémentaire de contrôle s’ajoute au système
répresseur-opérateur. Ce système existe car les cellules possèdent des enzymes spécifiques qui favorisent l’absorption du glucose et son
métabolisme. Si le lactose et le
glucose sont présents simultanément, la synthèse de la β-galactosidase n’est pas induite tant que le glucose n’a pas été épuisé. Ainsi, la cellule
économise sa machinerie métabolique.
La présence du glucose empêche ainsi l’induction de l’opéron lac par le lactose; c’est pourquoi cet effet fut appelé répression catabolique.
Néanmoins, il s’agit d’un contrôle positif car la présence de CAP est requise pour induire la transcription.
La liaison de la protéine CAP
Sites de liaison à l’ADN présentant une simétrie binaire:
La liaision du complexe CAP-AMPc courbe l’ADN, ce qui pourrait favoriser
la liaison de l’ARN polymérase:
Contrôles négatif et positif de l’opéron lac
a) La production d’ARNm est réprimée
b) Très faible production d’ARNm
c) Grande production d’ARNm
Un double contrôle positif et négatif: l’opéron arabinose
I’opéron arabinose
Une fois liée à l’arabinose, la protéine AraC (activateur) se lie au site araI et active la
transcription de l’opéron arabinose.
De plus, le système de répression catabolique CAP-AMPc s’ajoute à ce système de contrôle.
En présence d’arabinose, le complexe CAP-AMPc et le
complexe AraC-arabinose doivent se fixer à araI pour que l’ARN
polymérase se fixe au promoteur et active la transcription. En
absence d’arabinose, le protéine AraC adopte une conformation différente et réprime l’opéron arabinose en se fixant à la fois à araI et à un second site distant, araO, formant ainsi une boucle qui empêche la transcription.
