Contrôle de l expression génétique chez les eucaryotes

Contrôle de l expression génétique chez les eucaryotes 3 ème partie : synthèse, maturation & dégradation des protéines - Chapitre I : La synthèse des protéines Cours de Mr Le Dréan

I Rappels en guise d introduction Traduction (dans cytoplasme) => action concertée et coordonnée d ARNs et de facteurs protéiques Sens de la synthèse et convention d écriture

I Rappels en guise d introduction Le code génétique est : dégénéré, non ambigu, et continu Le code génétique est universel Application => Biotechnologies

I Rappels en guise d introduction à quelques exceptions près. CUG (= leucine) sérine chez les champignons Candida codons-stop UAG et UAA Glycine chez Acetabularia (algues vertes) Il existe un 21e acide aminé = la sélénocystéine, codé par le codon UGA (codon-stop). Chez les archées et les eubactéries, il existe un 22e acide aminé = la pyrrolysine, codé par UAG (codon-stop). Variations du code Nombreuses chez les mitochondries (exception des plantes)

I Rappels en guise d introduction Chap I : La synthèse des protéines

I Rappels en guise d introduction Existence de codons préférentiels Souvent corrélé à l'abondance des ARNt correspondants Exemple: Utilisation des 6 codons Arg codon H. sapiens S.cerevisiae E. coli AGG 21,5 17,0 3,2 AGA 21,0 54,0 4,3 CGG 18,2 2,0 9,0 CGA 10,7 5,0 5,0 CGT 9,1 17,0 36,0 CGC 19,5 4,0 40,0 Exemple : la GFP Optimized codon usage and chromophore mutations provide enhanced sensitivity with the green fluorescent protein Yang et al., 1996 Nucleid acids research

I Rappels en guise d introduction Structure de l ARNm Structure II aire (boucles ou pseudo-nœuds) Coiffe Queue poly-a 5 -UTR AUG 3 -UTR Codon initiateur Système de codage pour guider le ribosome

I Rappels en guise d introduction Les ARNt Structure commune des ARNt Ribosome

I Rappels en guise d introduction Les ARNt La spécificité du couple ARNt-aa dépend des aminoacyl-arnt synthétase

I Rappels en guise d introduction Les ARNt Il existe un ARNt spécialisé pour l initiation de la traduction = ARNt initiateur trnai

I Rappels en guise d introduction Le ribosome

I Rappels en guise d introduction Le ribosome Assemblage des 2 sous-unités au niveau du codon d initiation Espaces au cœur de la structure (où peuvent se loger les ARNt, l ARNm, le peptide en cours de formation

I Rappels en guise d introduction Le ribosome Domaine catalytique Site A (pour Exit) Site P (pour peptide) Site A (pour Amino acid)

erf (pour eukaryotic Release Factor) polysome eif (pour eukaryotic Initiation Factor) eef (pour eukaryotic Elongatoion Factor) + Energie => GTP hydrolysés par des Guanosines-Triphosphatase (GTPase)

1) La phase d initiation 1 ère étape : prise en charge de l ARNt initiateur par le facteur d initiation eif2 phosphoprotéine Liaison à eif5 Liaison au GTP & ARNt initiateur eif2α eif2β eif2γ Hétérotrimère = eif2 GTP eif2b Complexe ternaire eif2-gtp eif2-gtp-arnt i Met ARNt i Met

1) La phase d initiation 1 ère étape (suite) : Formation du complexe 43S 3 2 3 2

1) La phase d initiation 1 ère étape (suite) : Rôle charnière de eif3 eif3 = complexe de 11 à 13 sous-unités - favorise la dissociation entre les sous-unités 40S et 60S du ribosome. - participe au recrutement du complexe ternaire eif2-gtp-met-arnti sur la sous-unité 40S - participe au recrutement du complexe 43S sur l ARNm (via eif4g).

1) La phase d initiation 2 ème étape : Reconnaissance de la coiffe en 5 eif4e eif4a eif4e coiffe eif4g Complexe eif4f eif4e reconnaît la coiffe eif4g = adaptateur qui assure la cohésion eif4a = hélicase eif4 = eif4f + facteur auxiliaire eif4b

1) La phase d initiation 2 ème étape (suite) : formation du complexe de pré-initiation de la traduction

1) La phase d initiation 2 ème étape (suite) : formation du complexe de pré-initiation de la traduction Rôle charnière de eif4g pour la formation du complexe 48S

1) La phase d initiation 3 ème étape : Recherche du codon d initiation par le complexe 48S Activité hélicase de eif4a Contrôle le balayage

1) La phase d initiation 3 ème étape : Reconnaissance du codon d initiation Séquence KOZAK Séquence optimale = GCCRCCaugG (mammifère). Eléments structuraux importants pour la reconnaissance du codon initiateur: - Les séquences flanquantes du codon AUG - La position relative du codon AUG, par rapport à l extrémité 5 de l ARNm - Les structures secondaires de la partie 5 -UTR

1) La phase d initiation La reconnaissance du codon d initiation par l ARNt initiateur induit un changement de conformation 4ème étape : Association des sous-unités du ribosome. 80S Site P du ribosome

2) L étape d élongation 1) Sélection d un second ARNt-aa sur le site A du ribosome 2) Relecture pour vérifier la fidélité 3) Formation de la liaison peptidique 4) Translocation eef1-gtp-arnt-aa eef1-gdp 2 1 3 4 eef2-gtp

2) L étape d élongation 1 ère étape : La reconnaissance codon-anticodon 1 ère base anticodon de l ARNt C A U G I 3 ème base codon de l ARNm G U A ou G C ou U U, C ou A Possibilité de flottement (Wobble) Cas particulier

2) L étape d élongation 1 ère étape : La reconnaissance codon-anticodon La simple hybridation codon-anticodon n est pas suffisante pour expliquer la fidélité de la traduction Il existe d autres points de contact entre l ARNt et le ribosome Site A Site P

2) L étape d élongation 1 ère étape : La reconnaissance codon-anticodon ARNt lié à un facteur d élongation = eef1 (correspond à EF-Tu chez bactéries) eef1 = GTPase => formation d un complexe ternaire GTP-eEF1-ARNt-aa eef1 => protège la liaison ester aa-arnt + rôle dans la sélection ARNt au niveau du site A Site d hydrolyse du GTP GTPase-activating center (GAC)

2) L étape d élongation 2 ème étape : La relecture Après sélection de l ARNt-aa par hybridation codon-anticodon 1) Hydrolyse du GTP par eef1 2) GDP-eEF1 se dissocie du ribosome Accommodation (basculement) de l ARNt présent dans le site A Modification conformationnelle au niveau du ribosome (induced fit hypothesis) La compétition entre la vitesse d exécution de ces réactions et la vitesse de dissociation de l ARNt assure la fidélité de la traduction

2) L étape d élongation 2 ème étape : La relecture

2) L étape d élongation 3 ème étape : La transpeptidation induced fit hypothesis Enlève la protection au niveau du peptidyl-rnat Rapproche les 2 bras accepteurs des ARNt à proximité du centre catalytique du ribosome

2) L étape d élongation 3 ème étape : La transpeptidation Catalysé par l ARN ribosomique

2) L étape d élongation 4 ème étape : La translocation Nécessite un autre facteur d élongation = eef2 (correspond à EF-G chez bactéries)

2) L étape d élongation 4 ème étape : La translocation eef2 = GTPase énergie nécessaire au mouvement de translocation

2) L étape d élongation 4 ème étape : La translocation l ARNt désacylé migre du site P vers le site de libération (E)

2) L étape d élongation Récapitulatif Recylclage eef2 Recylclage eef1 Élongation (dans le ribosome)

3) La terminaison

3) La terminaison