Fiche de révision : Régulation de la transcription

📋 Plan du Cours

1. Régions transcrites et expression génique
2. Mesure de l’expression des gènes
3. Régulon et opéron bactérien
4. Régulation de l’opéron lactose
5. Unités de transcription
6. ARN polymérases et transcription
7. Promoteurs et initiation procaryotes
8. Initiation eucaryote et complexe PIC
9. Éléments cis et facteurs trans
10. FRT et état de la chromatine
11. Inhibiteurs de la transcription

📖 1. Régions transcrites et expression génique

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Production d’un ARN à partir d’un ADN lu par l’ARN polymérase.
• Différenciation cellulaire : Formation de différents types cellulaires à partir d’un même génome par l’expression de gènes différents.

★ À maîtriser

📌 Les gènes codants produisent des ARN codants, principalement les ARNm, tandis que les gènes non codants produisent des ARN non codants comme les ARNr et les ARNt.

• Chez l’être humain, environ 75 % du génome est transcrit, mais seulement 8 % de cette fraction correspond à des ARNm traduits, soit environ 1 à 2 % du génome portant l’information codante.

Compléments

• Chez les bactéries, environ 80 % du génome code pour des protéines.

💡 Astuce mémo

Signal → expression génique → protéine → phénotype

📖 2. Mesure de l’expression des gènes

★ À maîtriser

• 🔄 Le Northern blot suit plusieurs étapes:
  1. Extraire les ARN de l’échantillon
  2. Séparer les ARN par électrophorèse sur gel d’agarose
  3. Transférer et fixer les ARN sur une membrane
  4. Hybrider l’ARN avec une sonde d’ADN

📌 Dans un Northern blot, l’intensité du signal est proportionnelle à la quantité d’ARN et la taille des bandes renseigne sur la taille des transcrits.

Compléments

• Un gène rapporteur permet d’étudier l’activité d’un promoteur en lui fusionnant un gène codant une enzyme quantifiable, comme la luciférase ou la β-galactosidase.

• Les principales méthodes de mesure directe de l’ARN sont: la RT-qPCR, les puces à ADN, le séquençage de deuxième génération, notamment le RNAseq

💡 Astuce mémo

Northern blot : quantité et taille des transcrits

📖 3. Régulon et opéron bactérien

🔑 Notions clés & Définitions

• Régulon : Jacob, Monod, et Lwoff — Ensemble formé par un gène de structure et ses régulateurs cis et trans, comprenant des gènes codant des protéines fonctionnelles et des gènes codant des protéines de régulation.
• Opéron : Regroupe plusieurs gènes de structure contrôlés par un même promoteur et transcrits en un seul transcrit.

📝 Points essentiels

📌 Un facteur cis est une séquence d’ADN liée génétiquement au gène de structure, tandis qu’un facteur trans est une protéine diffusible non liée génétiquement à ce gène.

• Dans l’opéron lactose, les gènes lacZ, lacY et lacA codent respectivement une β-galactosidase, une perméase et une acétyltransférase.

💡 Astuce mémo

Cis reste lié à l’ADN, trans diffuse dans la cellule

📖 4. Régulation de l’opéron lactose

★ À maîtriser

• En absence de lactose, LacI se fixe sur l’opérateur, empêche le recrutement de l’ARN polymérase et réprime la transcription de l’opéron lactose.

• En présence de lactose, l’allolactose se fixe sur LacI, modifie sa conformation, l’inactive et permet la transcription des gènes de l’opéron.

• En absence de glucose, l’AMPc active CAP, le dimère CAP se fixe au promoteur et facilite le recrutement de l’ARN polymérase, ce qui rend le promoteur fort et induit fortement l’opéron.

• Lors de la croissance en diauxie, la bactérie consomme d’abord le glucose rapidement, puis le lactose plus lentement lorsque le glucose est épuisé.

Compléments

• L’opéron lactose permet l’utilisation du lactose grâce à son entrée par la perméase, son isomérisation partielle en allolactose, puis sa dégradation par la β-galactosidase en galactose et glucose.

💡 Astuce mémo

Lactose lève la répression, glucose bas active CAP

📖 5. Unités de transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité de transcription : Région d’ADN parcourue continûment par l’ARN polymérase depuis le site d’initiation du promoteur jusqu’au site de terminaison.
• CDS : Partie codante de l’ADN transcrit, qui commence par un codon AUG et se termine par un codon STOP, puis est traduite en protéine.

★ À maîtriser

📌 Chez les eucaryotes, les exons sont réunis sur l’ARNm mature après suppression des introns, tandis que chez les bactéries la transcription et la traduction sont simultanées.

Compléments

• Chez les bactéries, l’ARN polymérase transcrit les ARNm, les ARNr, les ARNt et quelques autres ARN.

💡 Astuce mémo

Bactérie : transcription continue ; eucaryote : exons réunis après maturation

📖 6. ARN polymérases et transcription

📝 Points essentiels

• L’ARN polymérase bactérienne est constituée de cinq sous-unités selon la structure α2ββ’ω, avec deux sous-unités catalytiques β et β’ et des sous-unités stabilisatrices α et ω.

• L’ARN polymérase I transcrit l’ARNr 45S, l’ARN polymérase II transcrit les ARNm et l’ARN polymérase III transcrit notamment les ARNt et l’ARNr 5S.

📐 Formule — La transcription ajoute un ribonucléotide triphosphate à l’ARN naissant selon la réaction $\mathrm{(ARN)}_n + \mathrm{NTP} \rightarrow \mathrm{(ARN)}_{n+1} + \mathrm{PP_i}$.

📌 L’ARN polymérase lit le brin matrice de l’ADN de 3’ vers 5’ et synthétise l’ARN de 5’ vers 3’, tandis que le brin codant a la même séquence que l’ARN sauf que T remplace U.

💡 Astuce mémo

Initiation → élongation → terminaison

📖 7. Promoteurs et initiation procaryotes

🔑 Notions clés & Définitions

• Facteur sigma : Sous-unité associée à l’ARN polymérase bactérienne qui reconnaît la boîte TATA et l’élément -35 du promoteur.

★ À maîtriser

• Le promoteur procaryote comporte une boîte TATA consensus TATAAT en position -10 et un élément -35 consensus TTGACA, séparés par 16 à 19 paires de bases.

📌 La liaison du facteur sigma diminue l’affinité globale de l’ARN polymérase pour l’ADN mais augmente sa spécificité pour les séquences promotrices.

Compléments

• Sigma70 est le facteur sigma général le plus courant, tandis que sigma32 répond au choc thermique et sigmaS intervient en phase stationnaire.

💡 Astuce mémo

-35 / -10 / +1 : reconnaître, ouvrir, transcrire

📖 8. Initiation eucaryote et complexe PIC

🔑 Notions clés & Définitions

• PIC : Complexe formé au niveau du promoteur basal par les facteurs généraux de transcription et chargé de recruter l’ARN polymérase.

📝 Points essentiels

• Les facteurs généraux de transcription de l’ARN polymérase II sont:

  • TFIIA
  • TFIIB
  • TFIID
  • TFIIE
  • TFIIF
  • TFIIH

• L’assemblage du PIC suit la reconnaissance de la boîte TATA par TBP, la stabilisation par TFIIA et TFIIB, le recrutement de l’ARN polymérase II associée à TFIIF, puis l’intervention de TFIIE et TFIIH.

📌 La phosphorylation du CTD de l’ARN polymérase II par TFIIH accumule des charges négatives et constitue le signal d’échappement au promoteur.

💡 Astuce mémo

TFIID → TFIIB/TFIIA → Pol II → TFIIE/H → échappement

📖 9. Éléments cis et facteurs trans

★ À maîtriser

📌 Les éléments cis proximaux sont proches du gène et liés au promoteur basal, tandis que les éléments cis distaux sont éloignés et correspondent notamment aux enhancers et aux silencers.

📌 Un enhancer fixe une protéine activatrice qui stabilise le médiateur et augmente la transcription, tandis qu’un silencer fixe une protéine répressive qui perturbe le médiateur et réduit l’expression du gène.

• Les facteurs de régulation de la transcription interagissent avec l’ARN polymérase, le médiateur et les séquences cis de la chromatine pour moduler la stabilité du PIC et le recrutement de l’ARN polymérase.

Compléments

• Les co-régulateurs recrutés par les FRT modifient la chromatine par des activités enzymatiques telles que la modification des histones et la méthylation de l’ADN.

💡 Astuce mémo

Enhancer active, silencer réprime via le médiateur

📖 10. FRT et état de la chromatine

★ À maîtriser

• Le motif doigt de zinc eucaryote comprend 20 à 30 acides aminés qui chélatent un ion Zn2+ par quatre cystéines ou par deux cystéines et deux histidines.

• Les FRT peuvent être activés par la liaison d’un messager secondaire, par phosphorylation ou après leur entrée dans le noyau grâce à un signal NLS.

• L’euchromatine est décondensée et accessible aux FRT, ce qui permet la formation du PIC et la transcription, tandis que l’hétérochromatine est condensée et interdit la transcription.

• Les HAT acétylent les histones et activent la transcription, tandis que les HDAC désacétylent les histones et inhibent la transcription.

Compléments

• Le motif hélice-tour-hélice est un motif de 60 acides aminés qui interagit avec le grand sillon de l’ADN et se trouve notamment dans la protéine CAP et les protéines à homéodomaine.

• Les FRT fonctionnent souvent sous forme d’homodimères ou d’hétérodimères grâce à des motifs de dimérisation comme le leucine zipper et l’hélice-boucle-hélice.

💡 Astuce mémo

Euchromatine accessible, hétérochromatine condensée

📖 11. Inhibiteurs de la transcription

★ À maîtriser

📌 Les inhibiteurs anticancéreux peuvent cibler l’ARN polymérase II, les facteurs de régulation de la transcription, le PIC ou le médiateur, tandis que ceux ciblant l’ARN polymérase I ralentissent la biosynthèse des ribosomes et la traduction.

• 🔄 Le cycle transcriptionnel comprend:
  1. Initiation
  2. Élongation
  3. Terminaison

Compléments

• La rifampicine est un inhibiteur de l’ARN polymérase bactérienne et possède un effet antimycobactérien.

• L’actinomycine D est un agent intercalant de l’ADN produit par Streptomyces, inhibe toutes les ARN polymérases et est utilisée comme anticancéreux.

📊 Tableaux de synthèse

ARN polymérases et produits transcrits