CM genetique chap8

Genetique SVH1

Chapitre 8

Genetique des eucaryotes

LEBSIR Nadjet

LEBSIR Nadjet

Genetique des eucaryotes

Genetique SVH1

Objectifs du cours

• Acquérir des connaissances générales sur le fonctionnement des gènes et la régulation de leur expression
• Maîtriser les principales techniques de génétique moléculaire

LEBSIR Nadjet

Genetique des eucaryotes

Genetique SVH1

Evaluations

• Contrôle continu (2)
• Examen terminal (Partie I procaryotes/ Partie II eucaryotes)

Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

Regulation transcriptionnelle

Regulation post-transcriptionnelle

Regulation traductionnelle

Regulation Post-traductionnelle

chapitre I : Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

I/ controle transcriptionnel 1. Introduction 2. Regulations transcriptionnelles 3. Transcription

chapitre I: Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

1. Introduction

..de l’information génétique à une molécule mobile

Transcription

Traduction

Proteines

ADN

ARN

« ce qui est vrai pour E. coli est également vrai pour l’éléphant » - Jaques Monod

chapitre I: Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

1. Introduction

..de l’ADN aux proteines

Eucaryotes

Procaryotes

Opérons

1. Introduction

..de l’ADN aux proteines

Eucaryotes

Procaryotes

Opérons

control 1

control 2

control 3

control 4

control 5

control x

control x

control x

control x

control x

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Plus complexe

ADN

ADN non nuChromatine ouverte / fermée Plusieurs ARN polymérases Plusieurs séquences régulatrices Plusieurs facteurs de transcription

Génomes sont plus grands Plus de gènes plus d’ADN non codants Gènes plus distants les uns des autres

organisation de l’ADN génomiquePrésence de la chromatine

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Plus complexe

ADN

Génomes sont plus grands Plus de gènes plus d’ADN non codants Gènes plus distants les uns des autres

la taille du génome humain~3,2 milliards de paires de nucléotides. 1 cellule humaine => 2 mètres d'ADN environ, correspondant dans les cellules diploïdes à 6,4 milliards nucléotides.

organisation de l’ADN génomiquePrésence de la chromatine

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Plus complexe

ADN

Génomes sont plus grands Plus de gènes plus d’ADN non codants Gènes plus distants les uns des autres

organisation de l’ADN génomiquePrésence de la chromatine

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Plus complexe

ADN

Génomes sont plus grands Plus de gènes plus d’ADN non codants Gènes plus distants les uns des autres

Plusieurs gènes non transcrits - Satellite DNA (centromeres)~6-7% –Microsatellites~2% –Transposable elements~46% –Pseudogenes~1% –Other~42% Plusieurs gènes non traduits ARNt ARNr snRNA ( small nuclear RNA) miRNA ARNi ( interférents)

organisation de l’ADN génomiquePrésence de la chromatine

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Plus complexe

ADN

Génomes sont plus grands Plus de gènes plus d’ADN non codants Gènes plus distants les uns des autres

organisation de l’ADN génomiquePrésence de la chromatine

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Transcription et amorçage plus complexe

Differents niveaux de régulation transcrip.ARN est modifié maturation de l’ARN stabilisation de l'ARN et Transport

ARN

1. Introduction

Par rapport aux procaryotes , la régulation de l'expression génique chez les Eucaryotes est :

Séparation spatio-temporelle de Traduction et transcription

Differents niveaux de régulation traductionnelle Arsenal de facteurs impliqués Modifications post-traductionnelles

Proteines

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction modifications post-traductionnelles

controle traductionnel

Proteines

chapitre I : Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

I/ controle transcriptionnel 1. Introduction 2. Regulations transcriptionnelles 3. Transcription

2. Régulations transcriptionnelles

ARN pol

facteurs de "trans- régulation"

ARN

Séquence promoteur

Séquences régulatrices

Activatrices Modulatrices

Séquences de "cis- régulation"

2. A. Séquences cis-régulatrices

Sont une partie de l’ADN non codant et qui influent sur le niveau de transcription des gènes.

• Elles sont reconnues par des facteurs de transcription (facteur-trans) qui agissent de différentes façons, en augmentant ou en diminuant l’expression du gène.
• Les séquences régulatrices interviennent ainsi au niveau de l’initiation de la transcription dans la régulation de l'expression des gènes.

2. A. Séquences cis-régulatrices

1. Site d'initiation de la transcription
2. Promoteur
3. Sequences régulatrices en amont

2. A. Séquences cis-régulatrices

site d'initiationde transcription

promoteur

Seq. amont distales

Seq. amont proximales

-35

-100

-5

+20

+1

TATA

DPE

BRE

CAAT

GC

INR

Enhancer

Silencer

Insulator

2. A. Séquences cis-régulatrices

1) Les promoteurs

Eléments essentiels à la transcription. Le lieu d’attache de l’ARN polymérase et de facteurs généraux de la transcription nécessaires à l’initiation. La boite TATA est une séquence promotrice fréquente chez les eucaryotes

Seq. amont distales

promoteur

-35

-100

-5

+20

+1

TATA

DPE

BRE

CAAT

GC

INR

site d'initiationde transcription

Seq. amont proximales

2. A. Séquences cis-régulatrices

1) Les promoteurs

La boite TATA: En amont du site de départ de transcription à 25-30 paires de bases. Une position relativement constante dans les promoteurs eucaryotes.

Seq. amont distales

promoteur

-35

-100

-5

+20

+1

TATA

DPE

BRE

CAAT

GC

INR

site d'initiationde transcription

Seq. amont proximales

2. A. Séquences cis-régulatrices

Seq. amont distales

promoteur

-35

-100

-5

+20

+1

TATA

DPE

BRE

CAAT

GC

INR

site d'initiationde transcription

Enhancer

Seq. amont proximales

Silencer

LES SEQUENCES RÉGULATRICES AMONT Séquences régulatrices pouvant être à proximité du promoteur = PROXIMALES ou à plusieurs kilo-bases de leurs gènes cibles = DISTALES Action en cis =régulant préférentiellement les gènes voisins. Action en Trans = situé sur un chromosome différent de celui du gène cible

Insulator

2. Régulations transcriptionnelles

ARN pol

facteurs de "trans- régulation"

ARN

Séquence promoteur

Séquences régulatrices

Activatrices Modulatrices

Séquences de "cis- régulation"

2. B. facteurs trans-régulatrices

Facteurs de transcription

Facteurs de transcription généraux

2. B. facteurs trans-régulatrices

Facteurs de transcription généraux

Facteurs de transcription

FT régulés

Constitutifs

2. B. facteurs trans-régulatrices

Facteurs de transcription généraux

Facteurs de transcription

FT régulés

Constitutifs

FT spécifiques

FT inductibles

2. B. facteurs trans-régulatrices

Facteurs de transcription généraux

Facteurs de transcription

FT régulés

Constitutifs

FT spécifiques

FT inductibles

FT régulés par les signaux internes

FT régulés par R.membranaires

FT R. nucléaires

chapitre I : Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

I/ controle transcriptionnel 1. Introduction 2. Regulations transcriptionnelles 3. Transcription

3. Transcription

des facteurs généraux de transcription GTF doivent se fixer à des régions du promoteur avant la fixation de la polymérase

Amorçage

ARNpol II

TFIID

TBP

+1

TATA

DPE

BRE

INR

GTF servent à attirer et à positionner la partie centrale de l’ARN polII au niveau du site correct pour débuter la transcription

TFIIB

TFIIA

TFIIH

TFIIE

3. Transcription

Comment l'ARN polyméraseII initie la transcription ?

3.Transcription

Comment l'ARN polyméraseII initie la transcription ?

1) La transcription des gènes codant pour des protéines est assurée par l’ARN polymérase II et conduit à la synthèse d’ARN messagers

2) Un complexe de pré-initiation se met en place sur la région promotrice basale (TATA)

3.Transcription

Comment l'ARN polyméraseII initie la transcription ?

Remarque :

L’ARNPII n’est pas capable d’initier la transcription au niveau du promoteur ou de répondre aux protéines régulatrices de la transcription en absence d’autres facteurs

3.Transcription

Comment l'ARN polyméraseII initie la transcription ?

3.Transcription

ARNpol II

3.A) Amorçage

TFIID

TBP

+1

TATA

5'

DPE

3'

BRE

INR

TFIIH

TFIIA

TFIIB

TFIIE

3.Transcription

ARNpol II

liaison de TBP et de TFIID

Amorçage

3.A) Amorçage

TFIIF

TFIID

TBP

TFIIH

TFIIA

+1

TFIIB

TFIIE

TATA

5'

DPE

3'

BRE

INR

formation du complexe de pré-amorçage / pré-initiation (PIC)

3.Transcription

Phase d’élongation commence après la phosphorylation du CTD par l’un des GTF

ARNpol II

Amorçage

3.A) Amorçage

TFIIF

TFIID

TBP

TFIIH

TFIIA

+1

TFIIB

TFIIE

TATA

5'

DPE

3'

BRE

INR

phosphorylation de la queue C-terminale de l'ARNpol II

3.Transcription

Phase d’élongation commence après la phosphorylation du CTD par l’un des GTF

TFIIF

ARNpol II

Amorçage

3.A) Amorçage

TFIIA

TFIID

TBP

TFIIH

+1

TFIIB

TFIIE

TATA

5'

DPE

3'

BRE

INR

CTD

phosphorylation de la queue C-terminale de l'ARNpol II

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

3'

5'

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

Amorçage

3.A) Amorçage

La formation du complexe se déroule de façon séquentielle :

L’assemblage du CIT débute par la fixation du complexe TFIID sur la boîte TATA, via le facteur TBP (TATA Binding Protein)

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

3'

5'

Amorçage

3.A) Amorçage

TFIIA arrive consécutivement afin de stabiliser la protéine TBP du grand complexe TFIID au niveau du promoteur

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

3'

5'

Amorçage

3.A) Amorçage

Le facteur TFIIB arrive à son tour. Il effectue des interactions proteine-ADN notamment en se fixant sur la séquence BRE. Le recrutement de TFIIB en amont de TFIID oriente le CIT, et donc l’initiation de la transcription. S’en Suit le recrutement de l’ARNpolII (forme non-phosphorylée), et de TFIIF qui positionne l’ARNpolII.

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

3'

5'

Amorçage

3.A) Amorçage

Le facteur TFIIB arrive à son tour. Il se fixe sur la séquence BRE. Le facteurTFIIB oriente le CIT, et donc sur quel brin d'ADN la ARN-polymérase II doit se positionner

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

3'

5'

Amorçage

3.A) Amorçage

Le recrutement de TFIIE et TFIIH est importante pour le détachement de l’ARNpol II.TFIIH possède deux activités enzymatiques : -une activité hélicase qui permet d’ouvrir la double hélice d’ADN, et - une activité kinase qui permet la phosphorylation du domaine C-terminal (CTD) de l’ARNpol II.

3.Transcription

TATA

INR

DPE

+1

BRE

TFIID

TBP

ARNpol II

TFIIE

TFIIB

TFIIH

TFIIA

TFIIF

3'

5'

Amorçage

3.A) Amorçage

La phosphorylation du CTD permet à l’ARNpol II de se détacher du CIT et d’initier la transcription.

3.Transcription

site de début de la transcription

3.B) Elongation

bulle de transcription

L’ARNpol II est équipée de facteurs protéiques d’élongation qui facilitent sa progression au travers d’une chromatine dont ils relâchent la structure

coiffe

3.Transcription

site de début de la transcription

3.B) Elongation

bulle de transcription

La transcription commence au point d’initiation (environ 25 nucléotides de la boîte TATA)

coiffe

Un ARN pré-messager complémentaire du brin matrice de l’ADN (brin antisens), donc identique au brin codant de l’ADN (brin sens), aux riboses et uraciles près, commence à être synthétisé selon la direction 5'-> 3'

3.Transcription

site de début de la transcription

3.B) Elongation

bulle de transcription

La double hélice est ouverte en une boucle où se place l'ARNpol II. Elle se referme après le passage de l'ARNpolII

coiffe

L’extrémité 5’ du transcrit primaire libérée se condense en diverses structures secondaires (épingles à cheveux).

3.Transcription

site de début de la transcription

3.B) Elongation

bulle de transcription

La polymérase poursuit la synthèse du ARN pré-messager en condensant les ribonucléotides jusqu’à ce qu’elle rencontre les signaux de terminaison.

coiffe

A la rencontre des signaux de terminaison, la polymérase se détache du DNA, libère l'ARN pré-messager et la double hélice se referme

3.Transcription

Addition de la coiffe

3.B) Elongation

site de début de la transcription

bulle de transcription

coiffe

• protège l’ARN de la dégradation
• nécessaire à la traduction

Enzymes ajoutant la coiffe

3.Transcription

3.B) Elongation

Epissage

coiffe

machinerie d’épissage de l’ARN

3.Transcription

Clivage et polyadenylation

3.C) Terminaison

queue de poly(A) ajoutée

suite à un signal de polyadénylation-> Ajout de 150 à 1000 dATP

coiffe

machinerie d’épissage de l’ARN

l’ARN subit une maturation lorsqu’il émergedu complexe

3.Transcription

Clivage et polyadenylation

3.C) Terminaison

L’ARNpol II est également équipée de facteurs protéiques de terminaison.

queue de poly(A) ajoutée

suite à un signal de polyadénylation-> Ajout de 150 à 1000 dATP

coiffe

Elle reconnaît plusieurs signaux de terminaison portés par le brin d’ADN matrice qui annoncent la fin de la transcription

machinerie d’épissage de l’ARN

3.Transcription

Clivage et polyadenylation

3.C) Terminaison

une polyA polymérase va condenser un grand nombre de nucléotides, tous à adénine. Le transcrit primaire se trouve allongé d’une « queue poly(A) » de plus de mille nucléotides.

queue de poly(A) ajoutée

suite à un signal de polyadénylation-> Ajout de 150 à 1000 dATP

coiffe

machinerie d’épissage de l’ARN

chapitre I : Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

II/ controle post-transcriptionnel 1. modifications co- et post-transcriptionnellesaddition de la coiffeexcision-epissageaddition de la queue poly-A2. stabilisation de l'ARN 3. Dégradation de l'ARN 4.localisation de l'arn

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction modifications post-traductionnelles

controle traductionnel

Proteines

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

Le transcrit primaire n’est pas utilisé tel quel pour la synthèse protéique (la traduction). Il doit subir des modifications qui répondent à plusieurs impératifs (augmentation de la demi-vie, modification de la séquence). Toutes ces modifications sont réalisées au fur et à mesure de la progression de la synthèse du préARNm

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

modifications de la séquence nucléotidique

modifications des extrémités

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

ADDITION D'UNE COIFFE

pré-ARNm

5'

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

ADDITION D'UNE COIFFE

pré-ARNm

5'

Excision -epissage

pré-ARNm

5'

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

ADDITION D'UNE COIFFE

pré-ARNm

5'

Excision -epissage

pré-ARNm

5'

ADDITION D'UNE QUEUE POLY-A

ARNm

5'

AAAAAAAAAAAAA

region codant PROTEINE

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

modifications de la séquence nucléotidique

modifications des extrémités

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications des extrémités

Addition d'une coiffe

ARN pol II

ARN phosphatase

guanine-transférase

Methyl-transferase

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications des extrémités

Addition d'une coiffe

rôle

ARN pol II

ARN phosphatase

guanine-transférase

Methyl-transferase

CBC

7-methylguanosine cap

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications des extrémités

Addition d'une coiffe

ARN pol II

ARN phosphatase

guanine-transférase

Methyl-transferase

CBC

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications des extrémités

Addition d'une queue poly-A

rôle

La queue polyA est indispensable à la maturation et à l’activité du RNA messager. --> Elle sera lentement digérée par les exonucléases du cytoplasme lorsque le messager sera actif. Lorsqu’elle sera réduite à quelques centaines de nucléotides le messager vieilli sera détruit totalement pour être remplacé par un messager neuf.

Splisosome

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

region codant ARN

STOP

AUG

ADN

Exon

promoteur

5'

pré-ARNm

modifications de la séquence nucléotidique

modifications des extrémités

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

ARN pol II

Les parties non codantes, bornées par des séquences de bases spécifiques :5'GU et 3'AG)

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

ARN pol II

Splisosome

• certains nucléotides spécifiques sont conservés (ou quasi identique) entre les gènes et entre les espèces
• conservés car ils participent aux réactions d’épissage

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

ARN pol II

règle GU-AG (GU 5’ et AG 3’)+autre site conservé est situé 15-45 nt en amont du site d’épissage 3’ A ; point de branchement

Splisosome

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

• complexe moléculaire capable de reconnaître ces séquences

Splisosome

Proteines

snRNA

• Des composants du splicéosome interagissent avec le CTD

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Epissage constitutif

5'

3'

Intron

Intron

Intron

Exon

Exon

Exon

Exon

5'

3'

Exon

Exon

Exon

Exon

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Epissage alternatif

Epissage constitutif

5'

3'

5'

3'

Intron

Intron

Intron

Intron

Intron

Intron

Exon 1

Exon

Exon2

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

5'

3'

Exon

Exon

Exon

Exon

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Epissage alternatif

Epissage constitutif

5'

3'

5'

3'

Intron

Intron

Intron

Intron

Intron

Intron

Exon 1

Exon

Exon2

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

saut d'exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

Exon

5'

3'

Exon

Exon

Exon

Exon

saut d'exons multiple

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

- Chez les organismes eucaryotes, la plupart des gènes sont morcelés. - L’épissage qui consiste à garder tous les exons et à exciser tous les introns est appelé épissage constitutif. - Mais il est très courant que certains introns soient conservés ou que certains exons soient éliminés. Ce processus est appelé épissage alternatif.

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

il existe plusieurs types d’événements d’épissage. - L’événement le plus courant est le saut d’exon, encore appelé exon cassette : l’exon est inclus ou exclu de l’ARN mature. - Il arrive que plusieurs exons soient exclus ou inclus en même temps, on parle alors de saut d’exons multiple.

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Pourquoiiiiii on se complique la vie

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

processus marginal !!!

1977

Découverte de l'epissage altérnatif

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

processus marginal !!!

1977

Découverte de l'epissage altérnatif

en 1977

95 % des gènes subissent des epissages alternatifs

C'est une règle non pas une exception

Pourquoiiiiii ???

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

Une grande proportion des épissages alternatifs touche la région codante des ARN, permettant parfois de produire plusieurs protéines à partir d’un même gène

Co-

Modifications post-Transcriptionnelles

modifications de la séquence

Excision-Epissage

 Ce type d’altérations permet donc de former différentes protéines à partir d’un même gène.  ce qui explique en partie pourquoi on a + de protéines que des gènes

Gène CGRP

Gène VEGF

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction modifications post-traductionnelles

controle traductionnel

Proteines

chapitre I : Regulation de l'expression génétique chez les eucaryotes

II/ controle post-transcriptionnel 1. modifications co- et post-transcriptionnellesaddition de la coiffeexcision-epissageaddition de la queue poly-A2. stabilisation de l'ARN 3. Dégradation de l'ARN 4.localisation de l'arn

Stabilisation de l'ARNm

Durée de vie de l'ARNm très courte

1ère étape = Synthèse de l'ARNm 2ème étape = maturation du transcrit primaire 3ème étape= transport nucléocytoplasmique 4ème étape= traduction de l'ARNm en protéine 5ème étape= dégradation de l'ARNm

Noyau

Cytop

Modifications post-Transcriptionnelles

Stabilisation de l'ARNm

Rappel :

- Un ARNm est structuré - La structure 2aire de l’ARNm composée de tiges-boucles séparées par des régions simple-brins va se replier pour donner une structure stable et fonctionnelle - Plus il y a de G≡C dans cette structure d’ARN, plus cette structure est stable

Modifications post-Transcriptionnelles

Stabilisation de l'ARNm

Rappel :

Plus un ARNm est structuré, plus il est stable, plus sa durée de vie est longue MAIS plus un ARNm est structuré, plus le ribosome a du mal à le traduire les ribosomes protègent aussi l’ARNm contre la digestion par les nucléases

Modifications post-Transcriptionnelles

Stabilisation de l'ARNm

ARNm procaryotique = 3 à 5min ARNm eucaryotiques ont une durée de vie plus longue qq min à quelques heures => protégés aux 2 extrémités la coiffe empêche la fixation des exonucléases 5’→3’ et la queue poly(A) empêche la fixation des exo 3’→5

A noter :

Modifications post-Transcriptionnelles

Stabilisation de l'ARNm ...... Jusqu' à quand ??

La stabilisation ne peut durer éternellement

L'ARNm est donc vite dégradé

La dégradation des ARNm est essentielle

. En l’absence d’une dégradation rapide des ARNm, une régulation rapide de la production de protéines par la seule induction transcriptionnelle serait impossible !

Modifications post-Transcriptionnelles

Dégradation de l'ARNm

Désadénylation

Voie 5'->3' clivage de la coiffe

Voie 3'->5' Exosome

Coupure endonucléolytique

Sylvie Camier, Bertrand Séraphin Med Sci (Paris), 23 10 (2007) 850-856

Modifications post-Transcriptionnelles

nuclei are in red and mRNAs in green. The anterior pole of the drosophila embryo is to the left, and the posterior pole to the right.

localisation des ARNm

mRNA Localization: Gene Expression in the Spatial Dimension Kelsey C. Martin & Anne Ephrussi, 2020

Modifications post-Transcriptionnelles

localisation des ARNm

- Très importante lors de l’embryogenèse, développement cellulaire - Dans certains types cellulaires, ex. neurones

Pourquoi ???

mRNA Localization: Gene Expression in the Spatial Dimension Kelsey C. Martin & Anne Ephrussi, 2020

Modifications post-Transcriptionnelles

localisation des ARNm

- Restriction spaciale = les ARNm sont traduits dans un compartiment où les protéines synthétisées excercent leurs activités

- les ARNm subissent une régulation locale dans le compartiment où ils sont affectés au lieu de délivrer des signaux vers le noyau pour initier une nouvelle transcription+ transport+ traduction + transport des protéines à leur compartiment de travail => Gain de temps et d'énergie

- Les protéines traduites dans un compartiments isolés permet d'éviter la toxicité de certaines protéines au niveau de certains sous compartiments cellulaires

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction modifications post-traductionnelles

controle traductionnel

Proteines

Modifications post-Transcriptionnelles

Localisation des ARNm Transport des ARNm

La localisation d’ARNm s’effectue à travers l’interaction de: motifs de "localisation" au niveau de la séquence des ARNm + la machinerie de localisation. Cette machinerie est responsable du transport des ARNm aux sites de localisation et permet aussi la régulation de la traduction des transcrits localisés durant leur transport.

Modifications post-Transcriptionnelles

Transport des ARNm

-Éléments présents dans l’ARNm ; « éléments de localisation » ou « code postal »-souvent dans 3′ UTR, des fois 5′UTR ou séquence codante - Reconnus par des protéines spécifiques RBP (RNA-binding proteins)

RBP

complexe d’ARNm et RBP = ribonucléoprotéines (RNP)

Modifications post-Transcriptionnelles

Transport des ARNm

1. Formation du RNP dans le noyau suite à la reconnaissance des éléments présents dans l’ARNm
2. Formation d’une « granule de transport pour l’ARNm »
3. Transport par le cytosquelette jusqu’à sa destination
4. Ancrage et/ou protection de l’ARNm.
5. ARNm maintenu dans un état de « répression » de la traduction pendant son transport et jusqu’à son arrivée

RBP

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction modifications post-traductionnelles

controle traductionnel

Proteines

Traduction chez les Eucaryotes

La traduction correspond au mécanisme par lequel l’information génétique transportée par l’ARNm va être décodée et transformée en protéines

Traduction chez les Eucaryotes

La traduction consiste en un déchiffrage du message génétique apporté par l’ARNm qui est à l’origine de la synthèse des protéines.

L’alphabet à trois lettres des acides nucléiques représenté par le codon est traduit en un alphabet totalement différent qui est l’AA, l’élément constitutif fondamentale de la protéine.

Traduction chez les Eucaryotes

La synthèse des protéines se déroule au niveau des ribosomes.

Le ribosome sera donc le siège de synthèse des protéiques cellulaires

Quels sont les principaux élements pour la traduction des ARNm ?

Traduction - Composés majeurs

ARNt

ARNm

ARNr

Facteurs protéiques

Acides aminés

Ribosomes

Traduction - Composés majeurs

ARNt

assure la correspondance entre l'information génétique portée par l'ARNm et les AA contenus dans la protéine codée

Aminoacyl-ARNt

bras acide aminé (tige acceptrice)

- Les ARNt portent l'un des 20 acides aminés attachés par une liaison ester à leur extrémité 3'-OH. Puis, l’ARNt transporte l’acide aminé au ribosome. - L'ARNt possède un anticodon, un triplet de bases complémentaires du codon présent sur l'ARNm. On en a 48 différents chez l’Homme.

bras anticodon

Traduction - Composés majeurs

ARNt

assure la correspondance entre l'information génétique portée par l'ARNm et les AA contenus dans la protéine codée

Aminoacyl-ARNt

bras acide aminé (tige acceptrice)

une structure en feuille de trèfle 4 bras: Le bras acide aminé = tige acceptrice : forme la liaison covalente avec l'acide aminé qui correspond à l’anticodon, via l'extrémité 3' porteuse d'une séquence (non appariée) -Le bras D -Le bras T -Le bras anticodon= tige-boucle de l'anticodon : il s’hybride par complémentarité avec l'ARNm

bras anticodon

Traduction - Composés majeurs

ARNr

Constituant principal des ribosomes = complexe ribonucléoprotéique

-Transcription+ maturation dans le nucléole - Forment une structure 3D compacte = très stables

Grande sous-unité ARNr (60S)

Petite sous-unité ARNr (40S)

Traduction - Composés majeurs

machinerie catalytique de la traduction

Ribosome

60 S

Assemblage des deux ss-U = formation d'une cavité1) site d'accueil de l'ARNm2) site de gestion des ARNt- Site A = aminoacyl ARNt-Site P = peptidyl ARNt-Site E = exit ARNt

40 S

Initiation

Traduction

ARNt initiateur

Fixation de l'ARNt i + eIF2 sur petite ss-U (40S)

Fixation de l'ARNm sur la petite ss-U

Initiation

Traduction

Balayage de l'ARNm par 40S jusqu'au codon start

Recrutement de la grande ss-U 60S = formation ribosome complet 80S

Elongation

Traduction

formation de la liaison peptidique

Positionnement 2e aminoacyl ARNt au site A

Positionnement ARNt-met au site P

Traduction

Ce cycle se reproduit, à chaque addition d’un nouvel AA qui doit être introduit dans la chaine

Terminaison

Traduction

codon stop = fixation du facteur de libération

Terminaison

Traduction

codon stop = fixation du facteur de libération

libération de la protéine libération de l’ARNm dissociation des deux SU du ribosome

Polyribosomes

Traduction

Il est possible que le même ARNm soit simultanément parcouru par plusieurs ribosomes, formant ainsi un polyribosome

Régulation de l'expression génique (Eucaryotes)

ADN

ADN et chromatineTranscription

controle transcrptionnel

ARNpm

Maturationstabilisation Transport

ARNm

controle post-transcriptionnel

ARN m

Traduction Maturation

controle traductionnel

Proteines

Maturation des protéines

La chaine polypeptidique n’est pas encore active, elle doit subir des modifications post-traductionnelles:

Repliment des protéines

Étape de contrôle: repliement et contrôle du repliement des protéines néo-synthétisées par les protéines chaperonnes. Cette étape est obligatoire pour toutes les protéines.

Modifications post-traductionnelles

Maturation des protéines

La chaine polypeptidique n’est pas encore active, elle doit subir des modifications post-traductionnelles:

Modifications post-traductionnelles

Maturations post-traductionnelles possibles (non systématiques) dans la celluleElles peuvent être indispensables à l'activité et au fonctionnement de la protéine

Repliment des protéines

Maturation des protéines

séquence linéaire des acides aminés d’une chaîne forme la structure primaire

Maturation des protéines

Feuillet Beta

Helice alpha

les régions locales de repliement de la chaîne en certaines formes spécifiques constituent la structure secondaire

plusieurs types de liaisons faibles

Maturation des protéines

Structure tertiaire

Structure quaternaire

certaines protéines possèdent une structure quaternaire => deux polypeptides (ou plus), sous-unités, réunis par des liaisons faibles

Maturation des protéines

Modifications post-traductionnelles

Lipidation

OH

S S

Ponts disulfures

Hydroxylation

Proteine

Ub

Glycosylation

Ubiquitination

Met

Ac

Methylation

Phosphorylation

Acetylation