Fiche de révision : Régulation de l’expression des gènes

📋 Plan du Cours

1. Principes de l’expression différentielle
2. Mesure de l’expression des gènes
3. Régulation de la transcription
4. Mécanismes de l’épissage
5. Maturation et dégradation des ARN
6. Interférence par les ARN
7. Régulation de la traduction
8. Régulation post-traductionnelle

📖 1. Principes de l’expression différentielle

★ À maîtriser

• Toutes les cellules d’un organisme ont le même génotype, sauf les hématies, qui n’ont pas de génome, et les lymphocytes B et T, dont les loci des immunoglobulines et des récepteurs T sont recombinés.

• Les différences entre types cellulaires s’expliquent par une expression différentielle des gènes.

• La régulation de l’expression des gènes peut intervenir à plusieurs niveaux et influe sur la production d’ARNm et de protéines.

Compléments

• L’expression différentielle des gènes peut répondre à des signaux de différents types, notamment à des signaux exogènes liés au développement ou à l’homéostasie cellulaire.

💡 Astuce mémo

Même génome, expressions différentes

📖 2. Mesure de l’expression des gènes

🔑 Notions clés & Définitions

• RT-qPCR : Transcription inverse suivie d’une PCR quantitative qui permet de calculer un pourcentage de différence entre échantillons.

★ À maîtriser

📌 La RT-PCR comprend une transcription inverse suivie d’une PCR et fournit un résultat semi-quantitatif, sans calcul du pourcentage de différence entre échantillons.

• 🔄 L’analyse comprend les étapes suivantes :
  1. Extraction des ARN totaux de différents types cellulaires
  2. Transcription inverse
  3. PCR spécifique de l’ARN à quantifier

Compléments

📌 Le Northern blot permet une analyse quantitative approximative de la quantité d’ARN d’un gène et une analyse qualitative des ARN de longueurs différentes issus de l’épissage alternatif.

• Les ARNm représentent 1,5 à 3 % des ARN totaux extraits, qui comprennent aussi les ARNr et les ARNt.

📖 3. Régulation de la transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• Facteur de transcription : Protéine qui reconnaît une séquence spécifique d’ADN située dans un promoteur ou un enhancer.

★ À maîtriser

• Le promoteur minimal permet une initiation de la transcription à un taux très faible, et un taux d’expression élevé nécessite d’autres protéines.

• Une chromatine ouverte, des facteurs de transcription spécifiques liés à des enhancers et le complexe protéique du médiateur contribuent à une expression élevée.

📌 Les facteurs de transcription peuvent être activateurs ou répresseurs, et leur présence ou absence combinée dans un type cellulaire règle finement l’expression du gène cible.

Compléments

• Un enhancer peut stimuler l’expression quelle que soit son orientation par rapport au promoteur, et des facteurs spécifiques peuvent agir à 20–50 kb.

• Le complexe du médiateur relie le complexe d’initiation de la transcription aux facteurs de transcription spécifiques et comprend environ 30 protéines différentes.

💡 Astuce mémo

Facteurs spécifiques + médiateur → expression accrue

📖 4. Mécanismes de l’épissage

🔑 Notions clés & Définitions

• Spliceosome : Complexe ribonucléoprotéique composé de snRNP, d’ARN catalytique et de protéines de structure.

★ À maîtriser

• Le cours indique que 75 % des gènes humains produisent des ARNm différentiellement épissés, contribuant à produire des protéines aux domaines fonctionnels différents.

📌 L’épissage du pré-ARNm nucléaire, très fréquent, utilise un spliceosome et une transestérification au site de branchement A, tandis que les introns des groupes I et II, rares dans certains gènes d’organites, utilisent un ARN enzymatique codé par l’intron.

• Lors de l’épissage du pré-ARNm nucléaire, les réactions de transestérification impliquent un site de branchement et forment un lasso avant l’élimination de l’intron.

Compléments

• Le cours indique que 25 000 gènes produisent plus de 100 000 protéines différentes.

• Les protéines SR se fixent sur des séquences amplificatrices d’épissage exonique (ESE) et recrutent U2AF et U1 pour favoriser un épissage correct.

📖 5. Maturation et dégradation des ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• NMD : Dégradation des ARNm qui portent un codon stop prématuré.

★ À maîtriser

• Le renouvellement des ARNm permet aux cellules de s’adapter aux variations de l’environnement ou de l’organisme, et leur dégradation a lieu dans les P bodies.

Compléments

• L’ajout de la coiffe de méthylguanine à l’ARNm est associé à la phosphorylation du domaine CTD de l’ARN polymérase II.

• Le recrutement des facteurs d’épissage a lieu lorsque les positions 2 et 5 du CTD de l’ARN polymérase II sont phosphorylées.

• L’édition des ARNm décrite dans le cours comprend les conversions C vers U et A vers I, l’inosine étant assimilée à la guanine.

💡 Astuce mémo

Coiffe, épissage, polyadénylation, puis devenir de l’ARN

📖 6. Interférence par les ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN interférents : Voie de régulation de la demi-vie des ARNm impliquée dans le développement des organismes et la défense contre les virus.

★ À maîtriser

• Les miRNA proviennent de divers loci transcrits, ciblent les ARN issus de gènes variés et régulent négativement leur expression en se liant à la région 3’UTR des ARNm.

📌 Les shRNA sont produits à partir d’une séquence d’ADN transférée dans le noyau, tandis que les siRNA sont des ARN double brin directement transfectés dans les cellules.

Compléments

• Les ARN interférents naturels peuvent provenir de :

  • Éléments transposables
  • Virus
  • Gènes codant pour des protéines

• Dans l’exemple du cours, l’inhibition de l’ARN transcrit à partir de PDGFR-β par siRNA diminue la prolifération cellulaire, ce qui indique que PDGFR-β l’augmente.

📖 7. Régulation de la traduction

★ À maîtriser

• La régulation de la traduction a lieu majoritairement au moment de l’initiation.

• Le cours présente la voie mTOR comme la voie la plus importante de régulation de la traduction et l’associe à une augmentation de celle-ci.

Compléments

• Lors de l’initiation de la traduction, la petite sous-unité forme le complexe de pré-initiation 43S, recherche un codon de démarrage, puis s’assemble avec la grande sous-unité après reconnaissance de l’AUG.

📌 Le cours associe la phosphorylation de eIF4E à une traduction élevée, tandis que les miRNA agissant via la 3’UTR sont présentés comme inhibiteurs de la traduction.

💡 Astuce mémo

5’UTR : stimulation possible ; 3’UTR et miRNA : inhibition

📖 8. Régulation post-traductionnelle

★ À maîtriser

• Les modifications post-traductionnelles, dont le cours en recense plus de 200, modulent la durée de vie, la quantité ou l’activité des protéines.

📌 Les protéines de structure ont une longue durée de vie, tandis que les protéines de régulation ont une durée de vie plus courte, comme les cyclines qui ne durent que quelques minutes.

• La dégradation des protéines peut suivre la voie du lysosome ou la voie du protéasome associée à l’ubiquitine.

Compléments

• Le cours indique qu’il existe 200 protéines E3 différentes, associées à des protéines cibles différentes.

💡 Astuce mémo

Lysosome et protéasome : deux voies de dégradation