MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L EXPRESSION DES GÉNES : LA TRANSCRIPTION DU DNA

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1 MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DE L EXPRESSION DES GÉNES : LA TRANSCRIPTION DU DNA

2 I- INTRODUCTION - DÉFINITION Rappel : définition moléculaire du gène Expression moléculaire du gène Clase II A B C Transcription mrna rrna trna Protéine fonctionnelle Définition de la transcription Segment de DNA (gène) Brin de RNA (séquence complémentaire du DNA : T U) Réplication (DNA copié entièrement) Transcription (copie d un fragment) Régulation de la transcription : présence sur l ADN de séquences régulatrices (cible thérapeutique ++) Transcrit primaire RNA mature (cellules eucaryotes ) Modifications post-transcriptionnelles Concept d ARN messager (F. Jacob et J. Monod 1961) ADN ARNm Traduction protéines ARNm ribosomes 100 DNA db (T2) + Hybride RNA-DNA refroidissement G-C mrna (P32) Hybridation moléculaire A-U

3 II- Mécanisme général de la transcription 1- Réaction de biosynthèse de l ARN RNA (n) résidus + ribonucléotides triphosphate RNA (n+1) résidus + PPi RNA polymérase DNA - matrice dépendante 2 Pi - précurseurs (ATP, GTP, CTP, UTP) - Mg 2+ R base PPi base Pyrophosphatase O - RNA polymérase γ ß α base base O Complémentarité des bases Ex : phage φ X 174 DNA matriciel DNA matriciel RNA produit A 25 U 25 T 33 A 32 G 24 C 23 C 18 G 20 RNA produit

4 RNA DNA Brin matrice : brin - RNA polymérase DNA dépendante Chez E.coli ( Da) Association transitoire Brin non matrice : brin codant = brin + Cœur de l enzyme ß ß ω α α σ 70 Cellules eucaryotes RNA polymérase I (Pol I) : r RNA RNA polymérase II (Pol II) : m RNA RNA polymérase III (Pol III) : t RNA 2 - Déroulement de la transcription RNA polymérase initiation σ DNA db promoteur Synthèse du RNA

5 Promoteur de procaryotes TTGACA TATAAT Départ du RNA RNA polymérase Boite de Pribnow (séquences consensus) Promoteur d eucaryotes GGCCAATCT CGGCGG TATAAAA Départ du RNA Boîte CCAAT Boîte GC Boîte TATA RNA polymérase + facteurs de transcription (TFII D)

6 Identification des promoteurs : techniques d empreintes ou foot printing DNA marqué avec 32 P Sans protéine Protéine se fixant sur l ADN Coupure par la DNAse Coupure par la DNAse empreintes Électrophorèse sur gel

7 RNA polymérase σ promoteur Complexe fermé P-P-P-Pu Complexe ouvert RNA naissant NTP PPi σ

8 Élongation RNA polymérase Brin codant Brin matrice Boucle de transcription DNA RNA Hybride DNA-RNA Direction de la transcription mrna mrna Gène A Gène B Gène C mrna

9 terminaison Séquences riches en GC et AT sur le DNA matrice ARN : CG et UA Dissociation de l ARN pol U C C Appariement des bases dans l ARN U G A C G C C G UAAUCCCACA G C U G C G G C AUUUU(OH) Structure en épingle à cheveux Rupture de l hybride ADN-ARN Autre mécanisme : protéine ρ (activité RNA-DNA hélicase)

10 III- Modifications post-transcriptionnelles et régulation de la transcription 1- Maturation des ARN Modification des extrémités Extrémité : addition du chapeau Cap 7 méthylguanosine H ARN nouvellement synthétisé Extrémité : queue poly (A) Signification biologique? RNA + n ATP RNA-(AMP)n + nppi Polyadénylate polymérase Cap : liaison du mrna au ribosome Queue Poly A : protection du mrna

11 Excision et Epissage DNA exon 1 intron A exon 2 intron B exon 3 transcription Pré mrna = transcrit primaire exon 1 intron A exon 2 intron B exon 3 épissage RNA mature Parfois épissage alternatif Ex : gène de l ovalbumine exon A exon B exon C A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G pb transcription A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 7 introns Épissage, polyadénylation chapeau AAAA(A)n 1872 nucléotides

12 2- Régulation de la transcription Chez les procaryotes : l opéron (Ex opéron lactose) promoteur Gène régulateur Substances régulatrices (répresseurs et inducteurs) ADN ARN m Protéine transcription I Gènes de structure P O A B C Opérateur (+ protéines régulatrices) Opéron en l absence de substrat à métaboliser (culture dans un milieu sans lactose) ARN polymérase I P O A B C mrna Pas de transcription répresseur

13 En présence du substrat ARN polymérase I P O A B C mrna transcription enzymes substrat (Inducteur) + répresseur Complexe répresseur-inducteur

14 Chez les eucaryotes : 2n zygote 2n 2n différenciation 2n 2n 2n 2n Cellules souches totipotentes - Cellules musculaires - hépatocytes Développement - cellules osseuses - cellules nerveuses - cellules épithéliales... -coeur - foie - squelette -cerveau -peau... Pluripotentes, multipotentes Cellules souches = 2n Développement embryonnaire Bases de la thérapie cellulaire 2n Cellules souches Fonction : spécialisation Cellules musculaire Fonction :ex contraction cardiaque Toutes les cellules d un organisme possèdent les mêmes gènes mais diffèrent par leurs protéines (fonctions différentes) Régulation de l expression des gènes Ex : régulation hormonale de la transcription

15 Hormone hydrophile Hormone hydrophobe récepteur Membrane Protéine porteuse Membrane Transduction du signal Molécule intracellulaire Relai Facteur de transcription + Complexe récepteur - hormone + Récepteur nucléaire protéines protéines Ex : glucagon Ex : glucocorticoïdes

16 Blocage de la transcription par les antibiotiques Actinomycine D Rifampicine Cas de l α amanitine (Amanite Phalloïde)

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