Fiche de révision : Transcription et maturation des ARN

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux et types d’ARN
2. Substrats et polymérases de transcription
3. Brins d’ADN et nomenclature
4. Transcription procaryote
5. Terminaison procaryote
6. Transcription eucaryote
7. Initiation et régulation eucaryotes
8. Coiffe, polyadénylation et épissage
9. Épissage alternatif et export
10. Synthèse des ARN ribosomiques

📖 1. Principes généraux et types d’ARN

🔑 Notions clés & Définitions

• Transcription : Mécanisme de conversion de l’information génétique de l’ADN double brin en ARN simple brin.

★ À maîtriser

• Les ARNr représentent 82 % des ARN cellulaires et entrent dans la composition des ribosomes.

• Les ARNm représentent 2 % de la quantité totale des ARN cellulaires et sont les seuls ARN transformés par la suite en protéines.

Compléments

• Les ARNt établissent la correspondance entre l’information de l’ARNm et la protéine lors de la traduction.

• Les ARNsn, les ARNsno, les micro-ARN et les longs ARN non codants participent notamment à l’épissage ou à la régulation de l’expression des gènes.

📖 2. Substrats et polymérases de transcription

🔑 Notions clés & Définitions

• ARN polymérase ADN dépendante : Enzyme qui synthétise un ARN à partir d’une matrice d’ADN en utilisant des ribonucléotides triphosphates.

★ À maîtriser

• La synthèse de l’ARN utilise les ribonucléotides triphosphates ATP, CTP, GTP et UTP.

📌 L’ARN contient un ribose avec un groupement OH en position 2’, tandis que l’ADN contient un désoxyribose dépourvu de cet OH en position 2’.

📌 Dans l’ARN, l’uridine remplace la thymine de l’ADN et ne possède pas le groupement méthyle en position 5.

Compléments

• L’hydrolyse de la liaison entre les phosphates α et β des ribonucléotides triphosphates fournit l’énergie nécessaire à la polymérisation de l’ARN.

💡 Astuce mémo

ARN polymérase : matrice ADN, produit ARN ; ADN polymérase : matrice ADN, produit ADN.

📖 3. Brins d’ADN et nomenclature

★ À maîtriser

• L’ARN polymérase lit le brin d’ADN matrice dans le sens 3’ → 5’ et synthétise l’ARN complémentaire et antiparallèle dans le sens 5’ → 3’, sans amorce.

• Pour un gène donné, le brin anti-sens orienté 3’ → 5’ est le brin matrice et le brin sens orienté 5’ → 3’ est non transcrit.

• La séquence du brin sens est identique à celle de l’ARN obtenu, à la substitution des uraciles aux thymines près.

Compléments

• Les deux brins d’ADN peuvent servir de matrice pour des gènes différents et produire ainsi des transcrits et des protéines différents.

💡 Astuce mémo

Brin anti-sens = matrice ; brin sens = séquence de référence.

📖 4. Transcription procaryote

🔑 Notions clés & Définitions

• Holoenzyme : L’holoenzyme procaryote associe deux sous-unités α, une sous-unité β, une sous-unité β’ et une sous-unité σ pour initier la transcription.
• Enzyme cœur : Association de deux sous-unités α, d’une sous-unité β et d’une sous-unité β’ qui assure principalement l’élongation.

★ À maîtriser

• Chez les procaryotes, la transcription se déroule intégralement dans le cytoplasme et utilise une seule ARN polymérase multimérique.

• Les principales ARN polymérases eucaryotes sont :

  • ARN polymérase I : ARNr 5,8 S, 18 S et 28 S dans le nucléole
  • ARN polymérase II : ARNm dans le nucléoplasme
  • ARN polymérase III : ARNt et ARNr 5 S

Compléments

• La rifampicine inhibe la sous-unité β de l’ARN polymérase procaryote, tandis que l’α-amanitine inhibe particulièrement l’ARN polymérase II eucaryote.

💡 Astuce mémo

Promoteur → holoenzyme → enzyme cœur → élongation → terminaison.

📖 5. Terminaison procaryote

📝 Points essentiels

• La terminaison Rho-indépendante repose sur un palindrome imparfait riche en GC qui forme une épingle à cheveux suivie d’une séquence riche en U, déstabilisant l’hybride ADN-ARN.

• La terminaison Rho-dépendante implique la protéine Rho, qui utilise l’ATP pour rejoindre l’ARN polymérase puis libérer le transcrit primaire de l’hybride ADN-ARN.

💡 Astuce mémo

Rho-indépendante : épingle à cheveux ; Rho-dépendante : poursuite par Rho.

📖 6. Transcription eucaryote

📝 Points essentiels

📌 La transcription procaryote se déroule dans le cytoplasme avec une seule ARN polymérase, tandis que la transcription eucaryote se déroule dans le noyau avec trois ARN polymérases.

📌 Les ARNm procaryotes peuvent être polycistroniques, tandis que les ARNm eucaryotes sont généralement monocistroniques.

• Chez les eucaryotes, la maturation du transcrit primaire est nucléaire et l’ARNm mature est exporté avant la traduction cytoplasmique.

💡 Astuce mémo

Procaryote : cytoplasme et ARN polycistronique ; eucaryote : noyau et ARNm monocistronique.

📖 7. Initiation et régulation eucaryotes

★ À maîtriser

• La boîte TATA eucaryote est un hexamère riche en T et en A situé approximativement entre les positions -31 et -26 en amont du début de la transcription.

• Le facteur TFIID reconnaît la boîte TATA grâce à sa sous-unité TBP et participe au recrutement de l’ARN polymérase II.

• Le facteur TFIIH possède une activité hélicase qui ouvre l’ADN et phosphoryle l’ARN polymérase II pour l’activer.

Compléments

📌 Les séquences enhancer peuvent être situées à des centaines ou des dizaines de centaines de kilobases de la boîte TATA et modulent la transcription grâce au repliement tridimensionnel de l’ADN et à des protéines médiatrices.

💡 Astuce mémo

Enhancer distant → repliement de l’ADN → médiateur → modulation de l’ARN polymérase II.

📖 8. Coiffe, polyadénylation et épissage

🔑 Notions clés & Définitions

• Coiffe 5’ : 7-méthylguanosine ajoutée au début du pré-ARNm par trois enzymes et qui favorise l’export, l’initiation de la traduction et la protection de l’extrémité 5’.

• Queue polyA : La queue polyA est une séquence de 200 à 250 adénines ajoutée de novo à l’extrémité 3’ de l’ARNm après son clivage.

★ À maîtriser

• Le signal eucaryote de terminaison et de polyadénylation est 5’ AAUAAA 3’ dans l’ARN, correspondant à 5’ AATAAA 3’ dans l’ADN du brin sens.

• L’épissage retire les introns du pré-ARNm et relie les exons pour former un transcrit mature continu.

• Les introns possèdent un site donneur 5’ GU, un A de branchement situé environ 30 nucléotides avant l’extrémité 3’ et un site accepteur 3’ AG.

Compléments

• La coiffe 5’ est ajoutée pendant l’élongation après la transcription d’environ 25 nucléotides du pré-ARNm.

💡 Astuce mémo

Coiffe 5’ → épissage des introns → queue polyA 3’.

📖 9. Épissage alternatif et export

★ À maîtriser

• Les snRNP associent des snRNA de moins de 200 nucléotides à des protéines et assurent la reconnaissance et la catalyse de l’épissage.

• Les cinq snRNA majeurs sont :

  • U1
  • U2
  • U4
  • U5
  • U6

• U1 reconnaît le site donneur, U2 reconnaît le A de branchement, et U2 avec U6 forment le spliceosome après le recrutement de U6 par U1.

📌 Un transcrit mature ne peut être exporté du noyau que s’il possède une coiffe 5’, une queue polyA 3’ associée à ses protéines et des complexes EJC aux jonctions entre exons.

• L’épissage alternatif permet à un même pré-ARNm de produire plusieurs ARNm et plusieurs protéines, notamment des isoformes spécifiques de différents tissus.

• L’export de l’ARNm mature est un mécanisme actif qui fait intervenir le complexe du pore nucléaire.

Compléments

• Le génome humain comporte environ 20 000 à 30 000 gènes pour 100 000 à 1 million de protéines, en partie grâce à l’épissage alternatif.

• Environ 15 % des maladies génétiques sont dues à un défaut d’épissage pouvant modifier l’ARNm et décaler le cadre de lecture.

💡 Astuce mémo

Épissage alternatif → ARNm différents → isoformes protéiques et spécificité tissulaire.

📖 10. Synthèse des ARN ribosomiques

★ À maîtriser

• L’ARN polymérase I transcrit un précurseur ARNr 45 S qui est clivé par des snoRNP en ARNr 18 S, 5,8 S et 28 S.

• L’ARN polymérase III transcrit séparément l’ARNr 5 S dans le nucléoplasme.

📌 La synthèse complète des ribosomes nécessite les trois ARN polymérases, car les ARNr dépendent des polymérases I et III tandis que les protéines ribosomales dépendent de la polymérase II.

Compléments

• Les gènes d’ARN ribosomique existent en 150 à 200 copies chez les eucaryotes.

💡 Astuce mémo

45 S → 18 S, 5,8 S, 28 S ; 5 S séparément → assemblage du ribosome.

📊 Tableaux de synthèse

ARN polymérases eucaryotes

Maturation procaryote et eucaryote