Fiche de révision : C1 P2

📋 Plan du Cours

1. Code génétique et traduction
2. Régulation cis et trans
3. Activation et répression transcriptionnelles
4. Chromatine et expression du gène globine
5. Épigénétique et transmission
6. Transmission des marques épigénétiques
7. Maturation et export des ARN
8. Contrôle de la traduction
9. Stabilité et devenir des ARNm
10. Interférence par ARN non codants

📖 1. Code génétique et traduction

★ À maîtriser

• Un ARNm est lu par groupes de trois nucléotides appelés codons, chacun étant constitué de U, C, A ou G.

• Le code génétique comporte $4^3 = 64$ codons possibles pour 20 acides aminés incorporés dans les protéines.

• Le code génétique est dégénéré ou redondant, car plusieurs codons peuvent coder un même acide aminé.

• Le codon start est AUG, qui code la méthionine, premier acide aminé incorporé lors de la traduction.

• Les codons stop sont UAA, UAG et UGA.

• Le ribosome complet comprend une petite et une grande sous-unité ainsi que les sites A (entrée de l’ARNt), P (formation de la liaison peptidique) et E (sortie de l’ARNt).

• L’initiation commence lorsque la petite sous-unité associée à l’ARNt initiateur portant la méthionine et à eIF2-GTP reconnaît la coiffe de l’ARNm, puis scanne l’ARNm jusqu’au premier AUG.

• Au premier AUG, l’hydrolyse du GTP d’eIF2 en GDP libère le facteur et permet un changement de conformation favorisant l’arrivée de la grande sous-unité ribosomale.

• 🔄 Un cycle d’élongation suit ces étapes :

  1. Un ARNt chargé entre au site A.
  2. La liaison peptidique se forme.
  3. Le ribosome avance de trois nucléotides sur l’ARNm.
  4. L’ARNt passé au site E est éjecté.

• À un codon stop, un facteur de libération se place au site A, la chaîne peptidique est libérée et les composants du ribosome se dissocient.

Compléments

📌 Le code génétique est universel pour les génomes nucléaires, mais diffère dans les mitochondries.

• Plusieurs ribosomes peuvent traduire simultanément le même ARNm, formant un polyribosome ou polysome.

• Pendant la traduction, la chaîne peptidique émergente peut se replier en structures secondaires et tertiaires, le domaine N-terminal se repliant avant le domaine C-terminal encore en cours de synthèse.

• Les modifications post-traductionnelles mentionnées comprennent :

  • la phosphorylation
  • la glycosylation
  • la sumoylation
  • l’acétylation
  • l’ubiquitination

• Les modifications post-traductionnelles peuvent réguler l’activité d’une protéine ou constituer des signaux interprétés par d’autres protéines.

• Les sous-unités ribosomales sont assemblées dans le nucléole à partir d’ARNr et de protéines, puis rejoignent le cytoplasme.

📖 2. Régulation cis et trans

★ À maîtriser

📌 La régulation en cis repose sur des séquences d’ADN régulatrices, tandis que la régulation en trans repose sur des protéines qui reconnaissent ces séquences.

📌 Les enhancers favorisent la transcription, tandis que les silencers la défavorisent.

Compléments

• Un isolateur empêche une séquence régulatrice en cis d’agir au-delà de lui sur un gène voisin.

• Une séquence barrière empêche la progression de l’hétérochromatinisation.

📌 Un régulateur transcriptionnel peut agir comme monomère ou, le plus souvent, comme homodimère ou hétérodimère.

📌 Un coactivateur ou un corépresseur ne reconnaît pas directement la séquence régulatrice en cis, mais s’associe à un régulateur transcriptionnel pour moduler la transcription.

• Les motifs de reconnaissance de l’ADN comprennent :
  • l’hélice-tour-hélice
  • l’homéodomaine
  • les feuillets bêta
  • l’hélice-boucle-hélice
  • la fermeture éclair à leucine
  • les doigts de zinc

💡 Astuce mémo

Cis : la séquence d’ADN porte le signal ; trans : la protéine reconnaît ce signal.

📖 3. Activation et répression transcriptionnelles

★ À maîtriser

• Un activateur transcriptionnel peut : recruter un autre activateur transcriptionnel, favoriser la formation du complexe de pré-initiation, favoriser l’initiation de la transcription, faire sortir l’ARN polymérase d’une pause

• Un répresseur transcriptionnel peut : empêcher la fixation d’un activateur, neutraliser l’action d’un activateur déjà fixé, s’associer à TFIID et déstabiliser la liaison de TBP à la boîte TATA

📌 L’acétylation des histones favorise généralement la transcription, tandis que leur désacétylation par une histone désacétylase la réprime généralement.

• La méthylation de l’ADN décrite concerne les cytosines des îlots CpG et peut empêcher la reconnaissance des séquences par des activateurs transcriptionnels.

Compléments

• Un activateur peut rendre la boîte TATA accessible en : recrutant un complexe de remodelage de la chromatine, faisant retirer ou désassembler des nucléosomes, favorisant le remplacement par des variants d’histones à plus faible affinité pour l’ADN, recrutant des enzymes de modification des histones

• Dans l’exemple décrit, un activateur recrute une histone acétyltransférase qui acétyle H3 en lysine 9, une histone kinase qui phosphoryle H3 en sérine 10, puis une histone acétyltransférase qui acétyle H3 en lysine 14 ; ces marques favorisent le recrutement de TFIID et l’assemblage de la machinerie transcriptionnelle.

• Un répresseur peut favoriser la fermeture de la chromatine en recrutant un complexe de remodelage, une histone désacétylase ou une histone méthyltransférase.

• Les groupements méthyl ajoutés aux histones recrutent des protéines lectrices qui contribuent à masquer la boîte TATA et à compacter la chromatine.

• Environ 60 % des promoteurs des gènes codant des protéines possèdent des îlots CpG, qui comportent en moyenne 1 000 paires de bases.

• La méthylation des histones peut recruter l’enzyme de méthylation des cytosines, créant une synergie qui favorise la compaction de l’ADN et la répression génique.

💡 Astuce mémo

Acétylation ouvre généralement la chromatine ; désacétylation la réprime.

📖 4. Chromatine et expression du gène globine

★ À maîtriser

• Dans les cellules érythroïdes productrices de globine, le gène de la globine est décondensé et situé dans l’euchromatine, tandis qu’il est condensé dans les cellules MSB non productrices de globine.

Compléments

• Dans l’expérience décrite, l’ADNase I clive les régions de chromatine accessibles, puis BamHI découpe l’ADN extrait à ses séquences de reconnaissance ; la présence du fragment de 4,6 kb indique une région protégée de l’ADNase I.

• Dans l’expérience sur le gène globine, l’augmentation de la concentration d’ADNase I fait disparaître le fragment de 4,6 kb dans les érythroblastes, tandis qu’il reste détectable dans les cellules MSB, ce qui indique une chromatine plus condensée dans les cellules MSB.

📖 5. Épigénétique et transmission

🔑 Notions clés & Définitions

• Épigénétique : Ensemble des changements d’expression génique transmis au fil des divisions cellulaires ou des générations sans mutation de l’ADN.

★ À maîtriser

📌 Les modifications épigénétiques de l’expression génique sont présentées comme réversibles, tandis qu’une mutation installée sans réparation ne peut pas être modifiée par l’organisme.

Compléments

• L’ensemble des marques épigénétiques constitue l’épigénome, dont les marques mentionnées comprennent la méthylation, l’acétylation et la phosphorylation, notamment des histones, ainsi que la méthylation des cytosines.

• L’environnement et les comportements, notamment le tabagisme, l’alimentation et le stress, peuvent modifier l’épigénome.

📌 Des jumeaux monozygotes ont le même génome mais peuvent avoir des épigénomes différents en raison de comportements différents.

💡 Astuce mémo

Une marque épigénétique peut être réversible ; une mutation installée ne l’est pas.

📖 6. Transmission des marques épigénétiques

📝 Points essentiels

• Les marques épigénétiques peuvent être modifiées et transmises au fil des générations de divisions cellulaires.

💡 Astuce mémo

Épigénome modifiable et transmissible, mutation installée non modifiable

📖 7. Maturation et export des ARN

★ À maîtriser

• L’épissage alternatif peut résulter de plusieurs mécanismes : saut d’exon, rétention d’intron, choix de sites d’épissage alternatifs en 5′, choix de sites d’épissage alternatifs en 3′, utilisation variable de sites éloignés de la séquence consensus

• Environ 90 % des gènes humains codant des protéines sont concernés par l’épissage alternatif, ce qui permet de produire de nombreuses protéines à partir d’un nombre limité de gènes.

📌 Un répresseur empêche la reconnaissance d’un site d’épissage, tandis qu’un activateur est nécessaire à sa reconnaissance et à l’épissage.

• Lors de l’activation d’un lymphocyte B, l’augmentation de CstF permet la reconnaissance d’un site faible de polyadénylation plus en amont, un clivage précoce de l’ARNm et la production d’un anticorps sécrété au lieu d’un BCR membranaire.

• Lors d’une infection par le VIH, Rev se lie à l’élément RRE et masque les sites de reconnaissance des introns, ce qui permet l’export nucléaire des ARN viraux non épissés.

Compléments

• L’édition du pré-ARNm peut désaminer une cytosine en uracile ou une adénine en inosine, et concerne environ 1 000 gènes.

• Les enzymes ADAR 1 et ADAR 2 sont des adénosine désaminases agissant sur l’ARN.

• Dans l’intestin, l’édition tissu-spécifique de l’ARNm de l’apolipoprotéine transforme le codon CAA en UAA, créant un codon stop et une protéine plus courte que dans le foie.

📖 8. Contrôle de la traduction

★ À maîtriser

• Lors du contrôle cytoplasmique de l’épissage, si le ribosome atteint un codon stop alors qu’un complexe de jonction d’exons subsiste en aval, les protéines UPF déclenchent la dégradation de l’ARNm par la voie NMD.

• La phosphorylation d’eIF2 l’empêche de libérer son GDP malgré son association à eIF2B, ce qui inhibe globalement la traduction.

• Dans les ovocytes immatures, CPEB, Maskin et eIF4E empêchent l’association d’eIF4E à eIF4G et répriment la traduction; la phosphorylation de CPEB permet ensuite la polyadénylation et la traduction des ARNm concernés.

Compléments

• Jusqu’au deuxième ou troisième jour du développement, les protéines embryonnaires sont produites à partir des ARN maternels, avant la transcription depuis le génome nucléaire des blastomères.

• Un IRES permet le recrutement interne du ribosome et de facteurs d’initiation comme eIF4G sans passer par la coiffe 5′ ni nécessiter eIF4E.

📖 9. Stabilité et devenir des ARNm

★ À maîtriser

• La demi-vie générale des ARNm est inférieure à 30 minutes, celle de l’ARNm de la bêta-globine est de 10 heures, et celle des ARNm de facteurs de transcription peut n’être que de quelques minutes.

• Les séquences du 3′UTR régulent la durée de vie des ARNm en favorisant ou en défavorisant leur désadénylation; lorsque la queue poly-A atteint environ 30 adénines, l’ARNm est rapidement dégradé après retrait de sa coiffe.

📌 En carence de fer, l’aconitase se fixe aux IRE et bloque la traduction de la ferritine via son IRE en 5′UTR, tandis qu’elle stabilise l’ARNm du récepteur de la transferrine via son IRE en 3′UTR.

• Les P-bodies sont des agrégats cytoplasmiques où les ARNm peuvent être décoiffés et dégradés, tandis que les granules de stress peuvent les préserver et les préparer à la traduction.

Compléments

📌 En excès de fer, l’aconitase ne se fixe plus aux IRE, la ferritine est produite et l’ARNm du récepteur de la transferrine est clivé puis dégradé.

💡 Astuce mémo

La queue poly-A raccourcit comme une horloge jusqu’au seuil de dégradation

📖 10. Interférence par ARN non codants

★ À maîtriser

• Les petits ARN non codants chargés dans un complexe effecteur fournissent un brin guide qui reconnaît des ARN cibles complémentaires et peut provoquer leur clivage, réprimer leur traduction ou favoriser l’hétérochromatinisation du gène correspondant.

• Les trois familles présentées sont :

  • les microARN
  • les petits ARN interférents
  • les ARN interagissant avec Piwi

• Les microARN sont transcrits en pri-ARNmi, clivés par Drosha en pré-ARNmi puis par Dicer, avant leur incorporation dans le complexe RISC contenant notamment Argonaute.

📌 Un appariement étendu du microARN à l’ARNm cible entraîne son clivage et sa dégradation rapide, tandis qu’un appariement moins étendu réprime la traduction et favorise généralement la dégradation de l’ARNm dans un P-body.

• Le complexe RITS peut utiliser un ARNsi guide pour reconnaître un transcrit naissant, recruter des histones méthylases et provoquer l’hétérochromatinisation du gène transcrit.

Compléments

• Chez l’humain, plus de 1 000 microARN semblent réguler plus d’un tiers des gènes codant des protéines.

• Les ARNsi mesurent 23 paires de bases et, chargés dans RISC, guident généralement le clivage des ARNm présentant un appariement étendu.

• Les ARNpi mesurent entre 26 et 30 paires de bases, participent au silence transcriptionnel et à la destruction des ARN, et contribuent à la lutte contre les éléments transposables.