Biologie Moléculaire
3ème Année Biochimie 2019/2020 Responsable de la Matière :
Dr. BOUDIAF K.
Chez les Procaryotes
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Les opérons et leur régulation
Opéron : Un ensemble de gènes de structure, ayant une fonction
commune, groupés sur le même segment d’ADN et contrôlés par les mêmes séquences régulatrices
P : Promoteur : Site de fixation de l’ARN polymérase
O : Opérateur : Contrôle la liaison de l’ARN polymérase au promoteur
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Les opérons et leur régulation
La régulation de l’expression des gènes d’un opéron implique:
Des séquences régulatrices : Le Promoteur et l’Opérateur
Des protéines régulatrices : Activateurs et Répresseurs Il existe deux types de régulation :
Régulation Positive Régulation Négative
Active la transcription
Implique un Activateur
Inhibe la transcription
Implique un Répresseur
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Les opérons et leur régulation
Types d’opérons
Code pour les enzymes d’une voie catabolique (processus de dégradation).
Son expression est contrôlée donc par le substrat
Son état normal est inactif (OFF)
Il devient actif (ON) si le substrat est présent => le substrat est un
« inducteur »
Code pour les enzymes d’une voie anabolique (processus de
biosynthèse).
Son expression est contrôlée donc par le produit
Son état normal est actif (ON)
Il devient inactif (OFF) si le
produit est présent => le produit est un « co-répresseur »
Opérons répressibles Opérons inductibles
L’opéron Lactose
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Structure de l’opéron Lactose
lacZ
β-galactosidase
lacY
Lactose perméase
lacA
thiogalactoside transacétylase lacI
Répresseur Lac
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Fonction de l’opéron Lactose
Code pour les enzymes d’utilisation du Lactose
L’enzyme responsable de la dégradation du lactose est la
β-galactosidase
(codée par le gènelacZ
)9
Régulation négative de
l’opéron lactose
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Régulation négative de l’opéron lactose
L’état normal de l’opéron lac est réprimé (OFF)
L’opéron est inactivé par le Répresseur Lac qui est fonctionnel en l’absence du lactose
Le Répresseur Lac se lie à l’opérateur et bloque la progression de l’ARN
polymérase vers les gènes à partir du promoteur
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Régulation négative de l’opéron lactose
La présence du lactose induit l’opéron lac : Lactose = Inducteur
Le lactose se lie au répresseur Lac
Le répresseur Lac devient inactif
Le répresseur Lac n’est plus capable de lier l’opérateur
L’ARN polymérase peut progresser et transcrire les gènes de l’opéron lac
L’opéron Tryptophane
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Structure de l’opéron Tryptophane
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Régulation négative de
l’opéron tryptophane
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Régulation négative de l’opéron Tryptophane
L’état normal de l’opéron trp est actif (ON)
=> Répresseur
non-fonctionnel L’opéron est actif
en absence du tryptophane
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Régulation négative de l’opéron Tryptophane
L’opéron est inactivé par le Répresseur Trp qui
devient fonctionnel en présence du tryptophane
=> Le tryptophane active le répresseur
Le tryptophane est un
« co-répresseur »
Chez les Eucaryotes
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Beaucoup plus complexe que celle des bactéries
Régulation de l’expression des gènes chez les Eucaryotes
Points communs :
Présence d’un promoteur qui spécifie le taux de l'initiation de transcription
Présence de séquences régulatrices
Présence de protéines régulatrices (activateurs/répresseurs) qui interagissent spécifiquement avec des séquences
régulatrices correspondantes
Les différences résultent de l'organisation plus complexe
de la cellule eucaryote
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Niveaux de régulation de l’expression des gènes chez les Eucaryotes
(1) Niveau chromatinien (condensation de la chromatine :
méthylation/deméthylation, acétylation/désacétylation des histones ; remodelage de la chromatine…)
(2) Niveau transcriptionnel (disponibilité ou non des facteurs de transcription ; activation par des activateurs, suppression par des répresseurs…)
(3) Niveau post-transcriptionnel (cap, excision- épissage ; queue poly- A, épissage alternatif…)
(4) Transport de l’ARNm du noyau vers le cytoplasme (5) Stabilité de l’ARNm (dégradation)
(6) Niveau traductionnel (facteurs d’initiation de traduction ; répresseurs de traduction par ex. les micro-ARN
(7) Niveau post-traductionnel (clivage, repliement, modification chimique, transport vers des compartiments cellulaires…
(8) Stabilité de la protéine (dégradation).
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Régulation au niveau de la
chromatine
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Condensation de la chromatine et transcription
Hétérochromatine
(fibre de 30 nm)
Euchromatine
Figure 4-22 Molecular Biology of the Cell(© Garland Science 2008)
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Condensation de la chromatine et transcription
ADN transcriptionnellement inactif ADN transcriptionnellement actif
Modification des histones
Méthylation d’ADN
Remodelage de la
chromatine
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Modification des histones
Régulation au niveau de la chromatine
Histone Acétyle-transférases Histone désacétylases
(désacétylation)
Histone méthyltransférases 1) Acétylation
des Histone
2) Méthylation des Histone
(Activation ou répression selon le site de méthylation)
désacétylation
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Modification des histones
Régulation au niveau de la chromatine
Histone Acétyle-transférases Histone désacétylases
(désacétylation)
Histone méthyltransférases 1) Acétylation
des Histone
2) Méthylation des Histone
(Activation ou répression selon le site de méthylation)
Décondensation :
Euchromatine
(Activation de la transcription)
Condensation :
Hétérochromatine
(Répression de la transcription) Acétylation des histones
par les Histone Acétyle- transférases
Désacétylation des histones par les Histone
désacétylases
Méthylation des histones par les Histone
méthyltransférases sur les lysine 4, 36 et 79 de
l’histone H3 (H3K4me, H3K36me, H3K79me)
Méthylation des histones par les Histone
méthyltransférases sur les lysines 9 et 27 de
l’histone H3 (H3K9me et H3K27me) et la lysine 20 de l'histone H4 (H4K20me)
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Remodelage de la chromatine
Régulation au niveau de la chromatine
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Méthylation d’ADN
Régulation au niveau de la chromatine
ADN méthylé sur la cytosine
de la séquence CG Condensation en Hétérochromatine (Expression réprimée)
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Régulation au niveau
Transcriptionnel
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La régulation transcriptionnelle
La régulation de la transcription implique :
Des séquences régulatrices (éléments cis-régulateurs)
Promoteur central, éléments proximaux, éléments distaux (enhancers (UAS chez la levure), silencers …etc.
Des protéines (éléments trans-régulateurs)
Facteurs de transcription, activateurs, co-activateurs, répresseurs
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Activation de l'initiation de la transcription
chez les eucaryotes
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Activation de l'initiation de la transcription
chez les eucaryotes
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
Les activateurs Activent la transcription en stimulant l’assemblage du complexe de transcription basale ou en le stabilisant au niveau du promoteur
Activent la transcription en interagissant avec le complexe de transcription basale directement ou indirectement par intermédiaire de co-activateurs
Se lient à l’ADN au niveau de séquences spécifiques de l’ADN (éléments proximaux du promoteur, Enhancers…)
Certains activateurs/co-activateurs possèdent une activité actétyle-transférase, d’autres recrutent les Histone acétyle-transférases ou les systèmes de
remodelage de la chromatine
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
Les Répresseurs Inhibent la transcription
Se lient à des séquences spécifiques de l’ADN (éléments proximaux du promoteur, Silencers).
a) Compétition 4 Modes d’actions
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
Les Répresseurs Inhibent la transcription
Se lient à des séquences spécifiques de l’ADN (éléments proximaux du promoteur, Silencers).
b) Inhibition 4 Modes d’actions
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
Les Répresseurs Inhibent la transcription
Se lient à des séquences spécifiques de l’ADN (éléments proximaux du promoteur, Silencers).
c) Répression directe
4 Modes d’actions
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Activateurs, co-activateurs et répresseurs
Les Répresseurs Inhibent la transcription
Se lient à des séquences spécifiques de l’ADN (éléments proximaux du promoteur, Silencers).
4 Modes d’actions
d) Répression indirecte
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Exemples de la régulation transcriptionnelle par des
signaux extracellulaires
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Signaux impliquant un récepteur
membranaire
Ex. Voie JAK-STAT de signalisation des
Cytokines
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Signaux
impliquant un récepteur
intracellulaire
Ex. Régulation
par les hormones
stéroïdiennes
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Exemple de la régulation
Post-transcriptionnelle
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Sites multiples de poly-
adénylation + Epissage
alternatif
Ex. Gène de la
calcitonine
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Sites multiples de poly-
adénylation
Ex. Expression des formes
membranaires et secrétées des
anticorps
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Régulation par le petit ARN
interférent (siRNA)
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Régulation par le petit ARN interférent (siRNA)
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Régulation par le petit ARN interférent (siRNA)
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Régulation par le petit ARN interférent (siRNA)
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Régulation Traductionnelle
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