Professeur Joël LUNARDI

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1 Biochimie - Biologie moléculaire Chapitre 7 : Régulation de l expression du message génétique Professeur Joël LUNARDI MED@TICE PCEM1 - Année 2006/2007 Faculté de Médecine de Grenoble - Tous droits réservés.

2 Chapitre 5. Régulation de l expression du message génétique I. Régulation chromatinienne II. Régulation transcriptionnelle III. Régulation post transcriptionnelle IV. Régulation traductionnelle V. Régulation post-traductionnelle

3 Niveaux de régulation de l expression ADN ADN et chromatine contrôle transcriptionnel noyau ARN hn transcription ARNm ARNm contrôle post-transcriptionnel maturation transport stabilisation contrôle traductionnel traduction protéine ribosomes ARNm modifications post-traductionnelles

4 I. Régulation au niveau de l ADN 1. Domaines de la chromatine hétérochromatine : état condensé, transcriptionnellement inactive, constitutive ou facultative euchromatine : transcriptionnellement active, sensible à la DNAse, organisée en boucles de kpb fixées à la matrice nucléaire (MAR: matrix associated regions) domaines fonctionnels, séquences isolatrices et régions de contrôle (LCR) 2. Modifications des histones les modifications des histones déterminent la structure de la chromatine : acétylation: histones acétyl-transférases (HAT), désacétylase (HDAC) ubiquitination, méthylation, phosphorylation. «code histone» complexe de remodelage des nucléosomes 3. Structure de l ADN ( ADN-Z inactif au plan de la transcription )

5 4. Méthylation de l ADN - 5 à 10 % des cytosines sont méthylées - îlots CpG - méthylases et profil de méthylation - méthylation conservatrice - méthylation de novo - DNA-méthyltransférase (dnmt) CH 3 Cytosine

6 la méthylation diminue la transcription - cellules cancéreuses hypométhylées - le syndrome Immunodeficiency Centromere instability and Facial anomalies (ICF) - la 5-azacytidine stimule la transcription méthylation et empreinte génétique parentale épigénétique - délétion en 15q11-13 de l allèle maternel = syndrome d Angelman - délétion en 15q11-13 de l allèle paternel = syndrome de Prader-Willi Chr 15q Chr 15q Chr 15q IPW UBE3A IPW UBE3A individu sain syndrome d Angelman syndrome de Prader-Willi gène actif gène inactif (méthylé) expression mono-allèlique des gènes igf-2 et igf-2r en fonction de l origine paternelle ou maternelle de l allèle

7 + exemple de l expression de IGF2 et du syndrome de Beckwith-Wiedemann gène non soumis à empreinte gène soumis à empreinte expression maternelle expression paternelle

8 la méthylation participe à l inactivation du chromosome X chez les femmes Locus XIC méthylé : gène Xist non transcrit chr X actif Locus XIC non méthylé : gène Xist transcrit chr X inactivé

9 II. Régulation transcriptionnelle facteurs de «trans» régulation facteur A facteur B ARN pol ARN séquences régulatrices - activatrices - modératrices séquence promoteur séquences de «cis» régulation

10 1. Séquences cis régulatrices - promoteur : +1 à -100, motifs (CAAT, TATA ) - séquences RE : GRE, CRE, IRE - séquences activatrices ou modératrices : -localisation variable -nombreuses - combinaisons 2. Protéines trans régulatrices - facteurs de transcription - généraux - spécifiques (tissus,stade de développement) - inductibles (phosphorylation,protéolyse, ligands ) - familles de protéines domaine d interaction avec d autres facteurs domaine de reconnaissance du ligand domaine de fixation sur l ADN

11 3. Motifs d interaction avec l ADN hélice-tour-hélice dimère hélice-tour-hélice «doigts de zinc» «leucine zipper»

12 4. La modulation de la transcription implique généralement plusieurs protéines niveau d expression

13 exemple d activation de la transcription de certains gènes par les hormones glucocorticoïdes séquence GRE pas d ARN transcrit promoteur inactif gène non exprimé récepteur cytoplasmique des glucocorticoïdes

14 situation en présence d hormone glucocorticoïde + ARN translocation nucléaire du récepteur lié au glucocorticoïde promoteur actif gène exprimé

15 la modulation de l expression d un gène peut être obtenue de différentes manières

16 III. Régulation post-transcriptionnelle 1. Epissage alternatif protéines de fonction différente ex 1 ex 2 ex 3 ex 4 ex 5 ex 6 calcitonine (thyroïde) CGRP (cerveau) famille de protéines aux fonctions voisines ex du gène slo (35 exons dont 8 optionnels) : transcrits différents protéines SLO

17 + cochlée sensibilité à 1000 Hz sensibilité à 2000 Hz sensibilité à 5000 Hz sensibilité à. Le gène SLO code pour une protéine membranaire régulant l entrée et la sortie de potassium dans les cellules pileuses de la cochlée qui répondent aux différentes fréquences (Hz) en fonction de la nature de la nature de la protéine SLO. La diversité des protéines SLO obtenues grâce à l épissage alternatif détermine l étendue de l audition chez l homme

18 plusieurs modèles d épissage éléments de régulation de l épissage F épissage alternatif modulé par l interaction du facteur F avec l ESE ESE (Element de Stimulation de l Epissage) épissage classique

19 2. Modification éditoriale de l ARNm édition de l apolipoprotéine B 5 3 ARNm 2153 C>U foie: Apo B100 (512 kda) intestin: Apo B48 (215 kda)

20 3. Modification site de coupure-polyadénylation anticorps soluble exemple de la production des anticorps dans les lymphocytes antigène anticorps membranaire reconnaissance et fixation induction d une prolifération clonale et production d anticorps soluble

21 II I II II II CStF

22 4. Modification de la stabilité des ARNm polyadénylation différentielle dégradation de l ARNm par le produit de traduction (ex: β-tubuline) stabilisation de l ARN par RE en 3 (ex: récepteur de la transferrine) absence de fer 5 IRP IRE 3 ARNm stable [Tf-R] élevée Fe ARNm instable présence de fer 5 3 [Tf-R]faible stockage des ARNm dans les ovocytes

23 dégradation spécifique d ARNm comportant un codon stop prématuré (ARN non sens) résultant d une mutation par le mécanisme NMD (Non-sens Mediated Decay) Codon stop Codon stop créé par une mutation

24 IV. Régulation traductionnelle 1. Inhibition de la lecture de l ARN par RE en 5 ex: synthèse de la ferritine IRP absence de fer 5 3 IRE Fe présence de fer 5 3 ARNm bloqué [ferritine] faible ARNm traductible [ferritine] élevée 2. Inhibition des facteurs de traduction (initiation, élongation, terminaison) ex: synthèse de la β-globine hème hème eif2 eif2 kinase kinase inactive inactive ATP -- ADP eif2 eif2 kinase kinase active active eif2 actif + eif2 actif ATP Pi plus d activation ADP eif2 eif2 inactif inactif Pi absence présence présence d hème d hème d hème : eif2 : : eif2 eif2 kinase kinase kinase active inactive inactive eif2 inactif eif2 actif pas de Σ de Σ de β-globine β-globine

25 V. Régulation post-traductionnelle ex de la biosynthèse de l ubiquitine ADN ARN Protéine UbB transcription traduction Ubiquitine protéolyse post-traductionnelle ex de la myostatine ADN ARN Myostatine Myostatine secrétée clivage du peptide signal transcription traduction Myostatine active clivage protéolytique et formation d un dimère

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