Chapitre 3 Le matériel nucléaire 3.2 Régula6on de l expression des gènes Enseignante : Pascale Perrin montp2.

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1 Chapitre 3 Le matériel nucléaire 3.2 Régula6on de l expression des gènes Enseignante : Pascale Perrin Pascale.Perrin@univ- montp2.fr

2 Chap 3-2 : Régula/on de l expression des gènes I. Régula/on de la transcrip/on chez les procaryotes I.1 Séquences cis- régulatrices chez les procaryotes I.2 L opéron lactose, un opéron induc6ble I.3 L opéron tryptophane, un opéron répressible II. Régula/on de la transcrip/on chez les eucaryotes II.1 Séquences cis- régulatrices chez les eucaryotes II.2 cis- et trans- régula6ons II.3 Facteurs de transcrip6on II.4 Régula6ons par les hormones III. Régula/ons post- transcrp/onnelles III.1 Epissage alterna6f III- 2 Régula6on de la matura6on des ARN III- 3 Edi6on des ARNm III- 4 Régula6on par les microarn III- 5 Régula6on de la détec6on des AUG (Leaky scanning)

3 Introduc6on A. Lwoff nature géné6que du contrôle de la transcrip6on Groupe de J. Monod effet répresseur du tryptophane sur la biosynthèse de la tryptophane synthétase A. Pardee, F. Jacob, J. Monod un β- galactoside lève l inhibi6on en bloquant le répresseur F. Jacob, J. Monod modèle de l opéron lactose F. Jacob, J. Monod, A. Lwoff Prix Nobel de Médecine W. Gilbert existence du répresseur.

4 Comment adapter le phénotype à l environnement dans lequel il se trouve : production de descendants génétiquement différents Mais la mutation est aveugle ; on ne contrôle donc ni la variation, ni a fortiori l adaptation à l environnement, adaptation de l expression de son génotype à l environnement Il faut donc contrôler l expression génétique pour l adapter aux conditions environnementales. Chez les organismes pluri-cellulaires, la différenciation cellulaire fournit un des exemples les plus frappants de régulation de l expression génétique. Comment réguler l expression d un gène? Transcriptionnelle, posttranscriptionnelle

5 I. Régula/on de la transcrip/on chez les procaryotes

6 I. Régulation des gènes procaryotes I.1 L opéron lactose OPERON = ensemble de gènes sous le contrôle d'un promoteur unique, transcrits en un seul ARNm dit polycistronique qui sera ensuite traduit en plusieurs protéines. Au niveau du promoteur (portion de la séquence d'adn où se fixe l'arn polymérase) on peut trouver un opérateur. Cet opérateur est l'élément central dans la régulation de la transcription chez les procaryotes.

7 I. Régulation des gènes procaryotes I.1 Séquences cis-régulatrices Promoteur +1 Brin codant pb TGAC TATAAT 3 3 ACTG ATATTA 5 Brin matrice Boîte de Pribnow ou TATA box 5 transcription ARN 3

8 I. Régulation des gènes procaryotes I.2 L opéron lactose, opéron inductible

9 I. Régulation des gènes procaryotes I.2 L opéron lactose, opéron inductible En absence de lactose Répresseur Le répresseur empêche la transcription

10 I. Régulation des gènes procaryotes I.2 L opéron lactose, opéron inductible Le lactose (allolactose) est inducteur En présence de lactose Changement de conformation du répresseur

11 I. Régulation des gènes procaryotes I.2 L opéron lactose, opéron inductible Opéron sensible au glucose Lactose et glucose présents Transcription très faible Lactose présent, glucose absent Transcription forte

12 I. Régulation des gènes procaryotes I.3 L opéron tryptophane, opéron répressible Gènes impliqués dans la biosynthèse du tryptophane chez E. coli. Le répresseur ne peut se fixer au promoteur que s il est associé à du tryptophane.

13 I. Régulation des gènes procaryotes I.3 L opéron tryptophane, opéron répressible Rôle de l atténuateur dans la régulation de l opéron tryptophane trpl terminateur tggtgg Séquence peptide leader MKAIFVLKGWWRTS trpe

14 I. Régulation des gènes procaryotes I.3 L opéron tryptophane, opéron répressible Rôle de l atténuateur dans la régulation de l opéron tryptophane 4 séquences remarquables (1 à 4) Trytophane présent Tryptophane absent

15 I. Régulation des gènes procaryotes Ligand se lie et décroche la protéine régulatrice de l ADN Ligand se lie et permet à la protéine régulatrice de se fixer à l ADN

16 II. Régula/on de la transcrip/on chez les eucaryotes

17 II. Régulation des gènes eucaryotes II.1 Séquences cis-régulatrices Brin codant 5 GGGCGG CCAAT TATA GC CCAAT box Boîte «Hogness» 3 Brin matrice CCCGCC Promoteur sensu stricto Promoteur proximal -80/-200 GGTTA -50/- Promoteur -30/-25 ATAT ou TATA box 5 +1 transcription TATA box fixe TFIID et complexe basal de transcription ARN DPE (certains gènes) fixe des facteurs du complexe basal de transcription Boîtes GC et CCAAT fixent des facteurs spécifiques indispensables de la transcription Inr : site initiation transcription Inr DPE 3 5 3

18 II. Régulation des gènes eucaryotes II.2 cis- et trans-régulations activateurs Enhancer/silencer répresseur Coactivateurs Facteurs de transcription communs

19 II. Régulation des gènes eucaryotes II.2 cis- et trans-régulations ARN polymérase procaryote ARN polymérase II eucaryote D après «Regulatory diversity among metazoan co-activator complexes - Dylan J. Taatjes, Michael T. Marr & Robert Tjian Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, (May 2004)» 12 sous-unités BRE=TFIIB recognition element CRSP/MED=intermédiaires enhancer/arn pol HAT= Histone acetyl transferases SWI/SNF= remodelage structure

20 II. Régulation des gènes eucaryotes II.2 cis- et trans-régulations Enhancer Frontière «Insulator» permettant que l effet des enhancers/silencers ne se répercute pas sur le gène suivant Chez les vertébrés, les «insulators» connus sont actifs par liaison d une protéine CTCF («CCCTC binding factor»), protéine à 11 doigts de zinc translocation

21 II. Régulation des gènes eucaryotes II.3 Facteurs de transcription Facteurs de transcription Se fixent à des séquences, les éléments de réponse (RE) Domaine boucle-hélice-boucle : homodimères ou hétérodimères pouvant se lier à l ADN Domaine hélice-tour-hélice : fixation à l intérieur du sillon d ADN par des ponts hydrogène Glissières à leucine : les résidus leucine permettent une confrontation de deux chaînes protéiques par des ponts hydrophobes Domaines en «doigt de zinc» comme les récepteurs des glucocorticoïdes

22 II. Régulation des gènes eucaryotes II.4 Régulation par les hormones

23 II. Régulation des gènes eucaryotes II.4 Régulation par les hormones Acétylation des histones Elément de réponse aux glucocorticoïdes Remodelage chromatine

24 II. Régulation des gènes eucaryotes II.4 Régulation par les hormones Récepteurs hormonaux

25 III. Régula/ons post- transcrip/onnelles

26 III. Régulations post-transcriptionnelles III.1 Epissage alternatif

27 III. Régulations post-transcriptionnelles III.1 Epissage alternatif Il peut être soumis à un contrôle positif ou négatif. Exemple du déterminisme du sexe chez la drosophile

28 III. Régulations post-transcriptionnelles III.2 Régulation de la maturation des ARN Le virus du sida (VIH) est un rétrovirus : Pour pouvoir sortir de la cellule, il doit faire sortir du noyau son ARN non épissé. seul l ARN épissé sort du noyau. Il est traduit en Rev La protéine Rev se fixe sur un intron du transcrit primaire. L ARN total peu alors sortir du noyau.

29 III. Régulations post-transcriptionnelles III.3 Edition de l ARN Exemple du gène de l apolipoprotéine B (29 exons)

30 III. Régulations post-transcriptionnelles III.4 Régulation par les micro-arn Biogénèse Atlas of Gene6cs and Cytogene6cs in Oncology and Haematology

31 III. Régulations post-transcriptionnelles III.5 Régulation de la détection des AUG (leaky scanning) Si les codons au voisinage de l'aug ne permettent pas bien sa détection et si en plus les facteurs d'initiations sont en faible concentration, la petite sous unité du ribosome va rater l'aug... et s'arrêter au suivant. Le ribosome ne traduira plus la même protéine! AUG AUG [elf] élevée [elf] faible

32 Importance du contrôle de l expression: Le contrôle de l expression génétique est fondamental pour les métazoaires : il permet la régulation, par voie hormonale entre autres, de l activité des cellules, il permet aussi la différenciation cellulaire Mais attention! l adaptation à un environnement fluctuant est fondamentale chez les bactéries. la communication entre cellules existe aussi chez les bactéries ( sensing (quorum