Fiche de révision : Expression des gènes

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et organisation des gènes
2. Mécanisme général de transcription
3. Brins codant et matrice
4. Régulation procaryote de la transcription
5. Régulation eucaryote et facteurs
6. Chromatine et épigénétique
7. Transcription mitochondriale et antisens
8. Maturation des ARN messagers
9. Diversité, export et traduction

📖 1. Fonctions et organisation des gènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Gène eucaryote de type II : Comprend un promoteur non transcrit et une partie transcrite contenant des introns et des exons.

📝 Points essentiels

• Les trois fonctions des gènes sont:
  • Se répliquer précisément
  • Diriger la production des ARN et des protéines
  • Être mutés, ce qui contribue à l’évolution

📌 Les introns sont des séquences non codantes, tandis que les exons peuvent être codants et non codants.

💡 Astuce mémo

Gène → ARN → protéine → phénotype

📖 2. Mécanisme général de transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : La synthèse d’un ARN à partir d’un ADN matrice, catalysée par une ARN polymérase utilisant des ribonucléotides triphosphates.

📝 Points essentiels

• 🔄 La transcription comprend trois étapes successives:
  1. Initiation au promoteur
  2. Élongation de l’ARN par déplacement de la polymérase
  3. Terminaison avec libération de l’ARN et détachement de la polymérase

📌 L’ARN est synthétisé de 5’ vers 3’ par ajout de ribonucléotides sur l’extrémité 3’-OH, sans amorce, et la polymérisation nécessite notamment Mg2+.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 3. Brins codant et matrice

★ À maîtriser

📌 Le brin matrice est lu par la polymérase dans l’orientation 3’ vers 5’ et est complémentaire et antiparallèle de l’ARN, tandis que le brin codant possède la même séquence que l’ARN sauf que T remplace U.

Compléments

• La transcription est asymétrique : les deux brins d’une double hélice peuvent être codants, mais pour des séquences différentes, selon le positionnement de la polymérase.

💡 Astuce mémo

Brin matrice 3’→5’ contre brin codant 5’→3’

📖 4. Régulation procaryote de la transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Opéron : Un fragment d’ADN contenant plusieurs gènes transcrits à partir d’un même promoteur en un ARNm polycistronique.
• Opérateur : Une séquence d’ADN associée au promoteur sur laquelle se fixe un régulateur pour contrôler l’expression des gènes de l’opéron.

📝 Points essentiels

• Les exemples d’opérons présentés sont:
  • L’opéron du tryptophane
  • L’opéron lux
  • L’opéron lactose

💡 Astuce mémo

Un opéron regroupe plusieurs gènes derrière un même promoteur

📖 5. Régulation eucaryote et facteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Facteur transcriptionnel : Une protéine régulatrice qui reconnaît un élément cis-régulateur de l’ADN et module l’initiation de la transcription.

★ À maîtriser

📌 Chez les procaryotes, les promoteurs comportent notamment des motifs à -35 et la boîte de Pribnow à -10, tandis que chez les eucaryotes un promoteur peut comporter une TATA box ou un élément initiateur.

• Les facteurs transcriptionnels possèdent au moins un domaine de fixation à l’ADN et un domaine de transactivation, et peuvent être activateurs ou inhibiteurs.

Compléments

• Pour les gènes eucaryotes de type II, TFIID se fixe à la TATA box, TFIIB recrute l’ARN polymérase II avec TFIIF, puis TFIIE et TFIIH complètent le complexe d’initiation.

💡 Astuce mémo

Facteur transcriptionnel → complexe d’initiation → transcription modulée

📖 6. Chromatine et épigénétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Épigénétique : L’étude des changements de la chromatine et de l’expression des gènes qui ne modifient pas la séquence des nucléotides, mais peuvent être héritables et réversibles.

★ À maîtriser

📌 L’euchromatine est généralement ouverte, peu méthylée, riche en gènes et sensible à la DNAse, tandis que l’hétérochromatine est compacte, souvent hyperméthylée, pauvre en gènes et résistante à la DNAse.

📌 L’acétylation des lysines des histones réduit les interactions ADN-histones et favorise l’accessibilité de l’ADN, tandis que la désacétylation les augmente.

Compléments

• Chez les mammifères, 90 % de la 5-méthylcytosine se trouve dans des dinucléotides CpG, et la méthylation de novo est assurée par Dnmt3 tandis que la méthylation de maintenance implique Dnmt1.

💡 Astuce mémo

Euchromatine ouverte et active contre hétérochromatine compacte et silencieuse

📖 7. Transcription mitochondriale et antisens

★ À maîtriser

• Chez les mitochondries, les promoteurs H1 et H2 produisent des transcrits à partir du brin H, tandis que le promoteur L produit un transcrit à partir du brin L, sans distinction entre brin sens et antisens.

• Un ARN antisens complémentaire peut s’hybrider à un ARNm chevauchant, former un ARN double brin et empêcher sa traduction ou provoquer sa dégradation.

Compléments

• Chez la souris, l’activation du régulateur CPR à la naissance induit l’antisens de beta-MHC et active le promoteur alpha-MHC, ce qui coordonne le remplacement de beta-MHC par alpha-MHC. — Haddad et al., 2003

💡 Astuce mémo

Transcrits mitochondriaux L et H contre antisens nucléaires régulateurs

📖 8. Maturation des ARN messagers

📝 Points essentiels

• 🔄 La maturation d’un pré-ARNm comprend:
  1. Le coiffage en 5’
  2. La polyadénylation en 3’
  3. L’épissage des introns
  4. L’édition de l’ARN

📌 La coiffe 5’ est une guanosine méthylée reliée par une liaison triphosphate, qui protège l’ARNm des exonucléases et participe à son export et à sa traduction.

📌 La polyadénylation ajoute une queue poly-A de 20 à 200 résidus d’adénosine après clivage du pré-ARNm, ce qui protège l’ARNm et favorise l’initiation de la traduction.

• L’épissage élimine l’intron entre un site donneur et un site accepteur grâce au spliceosome, qui forme une boucle intronique puis relie les deux exons.

💡 Astuce mémo

Coiffe 5’ → poly-A 3’ → épissage → édition

📖 9. Diversité, export et traduction

★ À maîtriser

📌 Des promoteurs multiples, des épissages alternatifs ou plusieurs sites d’arrêt peuvent produire plusieurs ARNm et donc plusieurs protéines à partir d’un même gène.

• L’ARNm mature est exporté du noyau par les pores nucléaires sous forme de mRNP, avec l’aide du complexe de liaison à la coiffe, d’exportines et de l’énergie fournie par l’hydrolyse du GTP par Ran.

Compléments

• Le gène de la calcitonine produit la calcitonine dans la thyroïde et le CGRP dans le cerveau grâce à un épissage alternatif.

• Chez l’être humain, l’édition de l’ARN de l’apolipoprotéine B désamine une cytosine en uracile et permet à un même gène de produire deux protéines selon l’organe.

💡 Astuce mémo

Promoteurs ou épissage alternatifs → plusieurs ARNm → protéomes différents

📊 Tableaux de synthèse

Euchromatine et hétérochromatine