Fiche de révision : Expression des gènes et mutations

📋 Plan du Cours

1. Principes de la transcription
2. Mécanisme de la transcription
3. Maturation des ARN eucaryotes
4. Régulation de l’expression génique
5. Code génétique et traduction
6. Mutations et conséquences cellulaires
7. Mutations et cancérogenèse

📖 1. Principes de la transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Expression moléculaire du gène : Processus en deux étapes, transcription puis traduction, qui transmet l’information génétique en produit fonctionnel.
• Transcription : Synthèse d’un brin d’ARN messager, ribosomal ou de transfert à partir d’un segment d’ADN correspondant à un gène.
• Transcrit primaire : Premier ARN obtenu directement à l’issue de la transcription, avant toute maturation post-transcriptionnelle.

★ À maîtriser

📌 Le brin matrice, aussi appelé brin non codant ou antisens, sert de matrice à la polymérisation de l’ARN, tandis que le brin non matrice, aussi appelé brin codant ou sens, possède la même séquence que l’ARN néosynthétisé, sauf que l’ARN contient de l’uracile à la place de la thymine.

Compléments

• L’ARN produit par transcription est complémentaire et antiparallèle au brin matrice.

• L’ARN messager a été mis en évidence par Jacob et Monod en 1961.

💡 Astuce mémo

Le brin matrice est lu ; le brin codant ressemble à l’ARN produit.

📖 2. Mécanisme de la transcription

★ À maîtriser

• La transcription utilise une ARN polymérase ADN-dépendante qui n’a pas besoin d’amorce.

• Chez les eucaryotes, l’ARN polymérase I synthétise les ARN ribosomiques, l’ARN polymérase II les ARN messagers et l’ARN polymérase III les ARN de transfert.

• 🔄 La transcription se déroule en trois étapes :

  1. Initiation au promoteur.
  2. Élongation le long du brin matrice.
  3. Terminaison avec libération de l’ARN.

Compléments

• Chez les procaryotes, le cœur catalytique de l’ARN polymérase d’E. coli est formé de cinq sous-unités.

• Chez les procaryotes, le facteur sigma 70 permet la fixation spécifique de l’ARN polymérase au promoteur pour initier la transcription.

• Pendant l’élongation, le déplacement de l’ARN polymérase ouvre localement l’ADN et forme une bulle de transcription d’environ 20 nucléotides ainsi qu’un court hétéroduplexe ADN-ARN.

• La terminaison peut être provoquée par une épingle à cheveux de l’ARN qui dissocie mécaniquement l’ARN et l’enzyme, ou par le facteur Rho, une protéine à activité hélicase ARN-ADN qui rompt le complexe hybride et libère l’ARN.

💡 Astuce mémo

Initiation, élongation, terminaison.

📖 3. Maturation des ARN eucaryotes

★ À maîtriser

• L’excision-épissage élimine les introns du transcrit primaire puis soude les exons dans l’ordre pour former l’ARNm mature.

• L’épissage alternatif tissu-dépendant inclut ou exclut différemment certains exons selon le tissu, ce qui permet de produire plusieurs ARNm et protéines distincts à partir d’un même gène.

Compléments

• La maturation des ARN eucaryotes ajoute une coiffe à une extrémité de l’ARNm et une queue poly-A à l’autre extrémité.

• L’épissage alternatif du gène de la calcitonine produit la calcitonine dans la thyroïde et le peptide CGRP dans le tissu nerveux.

📖 4. Régulation de l’expression génique

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Unité fonctionnelle regroupant un promoteur, un opérateur et des gènes de structure transcrits en un ARNm polycistronique unique qui permet la production de plusieurs protéines distinctes.

★ À maîtriser

• Dans l’opéron lactose, en absence de lactose, un répresseur constitutif bloque l’opérateur et interdit la transcription ; en présence de lactose, la formation du complexe inducteur-répresseur libère l’opérateur et permet la transcription des enzymes du métabolisme du lactose.

📌 Les facteurs de transcription spécifiques agissent en trans comme activateurs via les enhancers ou comme inhibiteurs via les silencers, tandis que les éléments régulateurs cis sont des séquences nucléotidiques situées sur le même chromosome, parfois à distance, qui interagissent avec ces facteurs grâce au repliement de l’ADN.

Compléments

• Chaque ARNm eucaryote est monocistronique et code une seule chaîne polypeptidique.

• Les facteurs de transcription généraux sont des protéines ubiquitaires nécessaires à la formation du complexe de pré-initiation sur le promoteur basal, comme TBP, la protéine de liaison à la boîte TATA.

• Les hormones hydrophiles se lient à un récepteur membranaire et déclenchent une transduction par second messager qui phosphoryle un facteur de transcription ; celui-ci migre dans le noyau et active des gènes cibles, comme ceux de la néoglucogenèse sous l’action du glucagon.

• Les hormones lipophiles diffusent à travers la membrane plasmique, se lient à des récepteurs nucléaires intracellulaires et forment un complexe ligand-récepteur qui se fixe directement sur l’ADN pour moduler l’expression génique, comme les glucocorticoïdes dans leurs effets anti-inflammatoires.

💡 Astuce mémo

L’opéron lactose s’ouvre avec le lactose ; les régulations eucaryotes mobilisent facteurs et éléments régulateurs.

📖 5. Code génétique et traduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Code génétique : Dictionnaire de correspondance entre les triplets de nucléotides appelés codons et les acides aminés.
• ARN de transfert : Molécule adaptatrice portant un acide aminé spécifique et un anticodon complémentaire du codon de l’ARNm.
• Ribosome : Complexe ribonucléoprotéique formé de deux sous-unités, libre pour la synthèse des protéines cytosoliques ou fixé au réticulum endoplasmique rugueux pour celle des protéines sécrétées ou membranaires.

★ À maîtriser

• Les propriétés du code génétique sont :

  • quasi universel
  • dégénéré ou redondant
  • non chevauchant
  • sans ponctuation

• Les codons STOP signalent la fin de la traduction et ne codent aucun acide aminé.

• 🔄 Chez les procaryotes, la traduction se déroule en trois étapes :

  1. Initiation par assemblage des sous-unités ribosomiques, de l’ARNm, de l’ARNt initiateur et des facteurs d’initiation.
  2. Élongation par entrée des aminoacyl-ARNt, formation des liaisons peptidiques et translocation.
  3. Terminaison par reconnaissance d’un codon STOP et dissociation du ribosome.

📌 Chez les procaryotes, l’absence de compartimentation nucléaire permet le couplage simultané et cytoplasmique de la transcription et de la traduction, tandis que chez les eucaryotes la transcription et la maturation nucléaires précèdent obligatoirement l’export de l’ARNm vers le cytoplasme pour sa traduction.

Compléments

• La dégénérescence du code génétique signifie que plusieurs codons peuvent spécifier le même acide aminé, principalement par variation de la troisième base du codon.

• Le codon d’initiation code la méthionine chez les eucaryotes et la N-formylméthionine chez les procaryotes.

• La synthèse du polypeptide progresse de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.

• La streptomycine bloque le complexe d’initiation de la traduction bactérienne, et la tétracycline, l’érythromycine et le chloramphénicol ciblent également la machinerie ribosomique bactérienne.

• Une séquence signal située à l’extrémité N-terminale et longue d’environ 20 acides aminés guide le ribosome vers la membrane du réticulum endoplasmique grâce à une particule de reconnaissance, puis est clivée.

• Dans la lumière du réticulum endoplasmique, des protéines chaperonnes catalysent le repliement tridimensionnel et des modifications covalentes comme les glycosylations et les hydroxylations participent à l’acquisition de la conformation active.

💡 Astuce mémo

Initiation, élongation, terminaison : les trois temps de la traduction.

📖 6. Mutations et conséquences cellulaires

★ À maîtriser

📌 Une transition remplace une base par une autre de même classe chimique, purine par purine ou pyrimidine par pyrimidine, tandis qu’une transversion change de classe chimique, purine par pyrimidine ou inversement.

• Une insertion ou une délétion de bases provoque un décalage du cadre de lecture, sauf si le nombre de nucléotides concernés est un multiple de trois.

• Les conséquences possibles d’une mutation sur la protéine sont :

  • Mutation silencieuse : la séquence en acides aminés ne change pas.
  • Mutation faux-sens : un acide aminé est remplacé par un autre.
  • Mutation non-sens : un codon STOP apparaît prématurément.

📌 Les mutations germinales touchent les gamètes et peuvent être transmises à la descendance, tandis que les mutations somatiques restent limitées aux tissus de l’individu et ne sont pas transmises.

Compléments

• Dans la drépanocytose, une mutation ponctuelle du gène de la β-globine remplace un glutamate par une valine.

• Les mutations germinales sont responsables de maladies héréditaires telles que la mucoviscidose et la myopathie de Duchenne.

• Les mutations somatiques sont impliquées dans l’oncogenèse.

💡 Astuce mémo

Une mutation germinale se transmet ; une mutation somatique reste dans les tissus de l’individu.

📖 7. Mutations et cancérogenèse

📝 Points essentiels

📌 Les proto-oncogènes régulent positivement la division cellulaire et une mutation gain de fonction les transforme en oncogènes qui favorisent la prolifération anarchique, tandis que les gènes suppresseurs de tumeurs régulent négativement la division en induisant l’arrêt du cycle ou l’apoptose et une mutation perte de fonction supprime ce contrôle.

💡 Astuce mémo

L’oncogène accélère la prolifération ; le gène suppresseur freine le cycle ou favorise l’apoptose.

📊 Tableaux de synthèse

Régulation hormonale de la transcription