Fiche de révision : Contrôle post-transcriptionnel des ARNm

📋 Plan du Cours

1. Expression et contrôle post-transcriptionnel
2. Caractéristiques des ARNm eucaryotes
3. Découverte des introns par hybridation
4. Épissage et spliceosome
5. Épissage alternatif et développement
6. Coiffe et dégradation des ARNm
7. Queue polyA et spécificité de la 3’UTR
8. Régulation spatiale des ARNm

📖 1. Expression et contrôle post-transcriptionnel

🔑 Notions clés & Définitions

• Expression génique : Processus par lequel l’information contenue dans un gène produit un produit génique fonctionnel, généralement une protéine.
• Régulation : Mécanismes qui modulent ou arrêtent certaines étapes de l’expression génique sans être strictement nécessaires à son déroulement.
• Contrôle post-transcriptionnel : Mécanismes qui agissent après la transcription et avant la traduction.

📝 Points essentiels

• Dans le dogme central, l’information passe de l’ADN à l’ARN par transcription, puis de l’ARN aux protéines par traduction.

📌 Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau alors que la traduction a lieu dans le cytoplasme.

💡 Astuce mémo

ADN → ARN → protéine

📖 2. Caractéristiques des ARNm eucaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Turnover : Équilibre dynamique entre la production et la dégradation des transcrits, qui détermine leur quantité cellulaire.

★ À maîtriser

• Tous les ARNm eucaryotes possèdent une coiffe en 5’, tandis que les ARNm cytoplasmiques et quelques ARNm nucléaires possèdent une queue polyA en 3’.

📌 Les ARNm nucléaires sont instables, tandis que les ARNm cytoplasmiques sont stables grâce aux modifications post-transcriptionnelles.

• La régulation des ARNm repose sur le turnover, la diversité des mécanismes selon le contexte et la spécificité envers certains transcrits plutôt que tous les gènes.

Compléments

📌 Les ARNm nucléaires peuvent atteindre 20 kb, alors que les ARNm cytoplasmiques mesurent environ 1 à 3 kb.

• Les ARNm cytoplasmiques peuvent être associés aux ribosomes dans des polysomes, contrairement aux ARNm nucléaires, car les ribosomes se trouvent dans le cytoplasme.

💡 Astuce mémo

Noyau : longs et instables ; cytoplasme : courts et stables

📖 3. Découverte des introns par hybridation

🔑 Notions clés & Définitions

• Intron : Séquence transcrite mais absente de l’ARNm mature, car elle est éliminée lors de l’épissage.

★ À maîtriser

• Lors de l’hybridation ARN-ADN, l’ARNm mature s’apparie aux séquences d’ADN complémentaires tandis que les séquences non complémentaires forment des boucles.

• L’extrémité 3’ de l’ARNm ne s’hybride pas à l’ADN parce que la queue polyA n’est pas codée par un gène.

• L’expérience avec un fragment plus grand d’ADN simple brin a révélé des boucles d’introns dans l’hybride ARN-ADN.

Compléments

• Sharp et Roberts ont étudié les différences entre les ARNm nucléaires et cytoplasmiques d’adénovirus par hybridation d’ARNm avec l’ADN correspondant et observation en microscopie électronique. — Phillip A. Sharp et Richard J. Roberts

💡 Astuce mémo

Des boucles d’introns apparaissent entre les segments ARN-ADN appariés

📖 4. Épissage et spliceosome

🔑 Notions clés & Définitions

• Spliceosome : Complexe multiprotéique contenant notamment les complexes U1 et U2, qui reconnaît les signaux introniques et permet l’excision des introns.

📝 Points essentiels

• Les introns possèdent généralement les nucléotides GU à leur extrémité 5’, un adénosine de branchement situé 20 à 30 bases avant l’extrémité 3’ et les nucléotides AG à leur extrémité 3’.

• Le spliceosome se forme lorsque U1 reconnaît l’extrémité 5’ de l’intron et U2 reconnaît l’adénosine du point de branchement.

• Deux réactions successives de trans-estérification permettent d’exciser l’intron du transcrit pré-ARNm.

💡 Astuce mémo

GU → A branché → AG

📖 5. Épissage alternatif et développement

🔑 Notions clés & Définitions

• Épissage alternatif : Mécanisme permettant à un même transcrit immature de produire plusieurs ARNm matures et donc plusieurs protéines différentes.

★ À maîtriser

• Les types d’épissage alternatif comprennent:

  • L’exon optionnel
  • Le changement de site donneur en 3’ ou en 5’
  • Les exons mutuellement exclusifs
  • La rétention d’intron

• Au début du développement cérébral, l’ARNm de DAB1 retient les exons 7b et 7c et produit une forme longue, tandis que plus tard ces exons sont absents et produisent une forme courte.

📌 NOVA2 se fixe aux frontières exon-intron et empêche l’accès du spliceosome, ce qui favorise l’épissage des exons 7b et 7c et l’apparition de l’isoforme courte de DAB1.

Compléments

• Le mutant NOVA2(-) présente des défauts de migration neuronale, ce qui montre que la régulation de l’épissage participe au développement neuronal.

💡 Astuce mémo

NOVA2 exprimée : isoforme courte ; NOVA2 absente : isoforme longue

📖 6. Coiffe et dégradation des ARNm

📝 Points essentiels

• Le transport des ARNm du noyau vers le cytoplasme est un mécanisme actif réalisé par des complexes protéiques qui interagissent avec le pore nucléaire.

• La maturation de l’ARNm coordonne l’épissage, la polyadénylation et le transport nucléaire, qui interagissent physiquement et peuvent être simultanés.

• La coiffe en 5’ est formée par clivage du triphosphate, ajout d’une guanosine par une guanylyltransférase et méthylation du N7 de cette guanosine.

• La coiffe en 5’ est essentielle à la traduction et aux interactions avec certaines protéines, notamment les exonucléases, car un ARNm dépourvu de coiffe n’est pas traduit.

• Dcp2 possède l’activité catalytique d’hydrolyse de la coiffe, tandis que Dcp1 exerce principalement une fonction régulatrice et interagit physiquement avec Dcp2.

• L’hydrolyse de la coiffe par Dcp2 ne dégrade pas directement tout l’ARNm, mais permet ensuite son élimination par des exoribonucléases 5’ vers 3’.

• En condition normale, mTOR phosphoryle Dcp2, ce qui favorise la dégradation de l’ARNm d’ATG, tandis qu’en situation de stress nutritif mTOR est inhibée, Dcp2 relâche l’ARNm et celui-ci est traduit pour déclencher l’autophagie.

💡 Astuce mémo

Hydrolyse de la coiffe → accès des exoribonucléases → dégradation de l’ARNm

📖 7. Queue polyA et spécificité de la 3’UTR

🔑 Notions clés & Définitions

• 3’ UTR : Région non traduite située entre le codon stop et la queue polyA, qui contient des motifs recrutant des protéines régulatrices spécifiques.

★ À maîtriser

📌 La déadénylation enlève la queue polyA et permet ensuite à une RNAse de dégrader l’ARNm par son extrémité 3’.

📌 La spécificité de la dégradation par déadénylation dépend de la présence de protéines protectrices sur la queue polyA, car une queue libre est accessible aux déadénylases.

• Chez Caenorhabditis elegans, Spn4 est une protéine de liaison à l’ARN essentielle à la spécification des identités cellulaires au cours du développement.

Compléments

• La polyA polymérase ajoute une queue polyA de 100 à 200 nucléotides par minute, et cette queue n’est pas codée par le gène.

• Une délétion de 300 pb située 50 pb en aval du codon stop de Spn4 supprime presque toute sa 3’ UTR et provoque un phénotype plus fort que des mutations du domaine RRM.

💡 Astuce mémo

Déadénylation → perte de protection → dégradation par une RNAse

📖 8. Régulation spatiale des ARNm

📝 Points essentiels

• Au début du développement de C. elegans et de la drosophile, la régulation repose sur les ARNm et protéines maternels présents dans l’ovocyte, car la transcription embryonnaire débute tardivement.

📌 L’ARNm de Nanos est présent dans tout le cytoplasme mais la protéine Nanos est limitée au pôle postérieur grâce à une dégradation de l’ARNm dans la région antérieure.

• Dans la région antérieure, Smaug se fixe à une séquence de la 3’ UTR de l’ARNm de Nanos, recrute une déadénylase et provoque sa dégradation.

📌 Au pôle postérieur, Oskar se fixe au même motif que Smaug et empêche la dégradation de l’ARNm de Nanos, permettant sa traduction.

• Staufen transporte l’ARNm d’Oskar sur les microtubules, puis cet ARNm est ancré au cortex postérieur par le cytosquelette d’actine, ce qui restreint la traduction d’Oskar au pôle postérieur.

• Les séquences de la 3’ UTR constituent des plateformes de fixation de protéines régulatrices qui peuvent contrôler la localisation, la dégradation, l’activation ou la répression des ARNm.

💡 Astuce mémo

Smaug dégrade Nanos à l’avant ; Oskar le protège à l’arrière

📊 Tableaux de synthèse

Principaux mécanismes de contrôle des ARNm