Biologie Moleculaire 2
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Mécanismes de transcription et de traduction Procaryotes Chez les procaryotes, les gènes sont souvent regroupés sous forme d'opérons. Des séquences RBS (Ribosome Binding Site) (ou Shine Dalgarno) permettent aux ribosomes de se fixer sur l'ARN a traduire en protéine. Schéma de transcription de l'ADN : Orientation 5' et 3' Eucaryotes Les gènes eucaryotes sont composés de séquences introniques et exoniques. L'initiation de la traduction se fait sur une séquence ATG. A la suite de la transcription d'un gène, un ARN pré-messager est créé, il comporte encore des séquences introniques, une coiffe 5' ainsi qu'une queue poly-Adénylée en 3'. L'épissage permet d'exciser les introns, on obtient un ARN messager mature qui ne comporte que les séquences exoniques mises bout à bout, la coiffe 5' ainsi que la queue poly-Adénylée sont conservées. La traduction aboutit à la création d'une protéine découlant indirectement du codage des séquences exoniques. Préambule lundi 8 septembre 2008 09:23 Bio Mol 2 Page 1
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Mécanismes de transcription et de traduction
Procaryotes
Chez les procaryotes, les gènes sont souvent regroupés sous forme d'opérons.
Des séquences RBS (Ribosome Binding Site) (ou Shine Dalgarno) permettent aux ribosomes de se fixer sur
l'ARN a traduire en protéine.
Schéma de transcription de l'ADN :
Orientation 5' et 3'
Eucaryotes
Les gènes eucaryotes sont composés de séquences introniques et exoniques.
L'initiation de la traduction se fait sur une séquence ATG.
A la suite de la transcription d'un gène, un ARN pré-messager est créé, il comporte encore des séquences
introniques, une coiffe 5' ainsi qu'une queue poly-Adénylée en 3'.
L'épissage permet d'exciser les introns, on obtient un ARN messager mature qui ne comporte que les
séquences exoniques mises bout à bout, la coiffe 5' ainsi que la queue poly-Adénylée sont conservées.
La traduction aboutit à la création d'une protéine découlant indirectement du codage des séquences
exoniques.
Préambulelundi 8 septembre 2008
09:23
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Une bactérie doit être très économe, la multiplication, la nutrition, l'adaptation doivent être efficientes.
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Initiation•
Elongation•
Terminaison•
Parties de cours abordées :
Les Procaryoteslundi 8 septembre 2008
20:54
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Box Séquence
-35 TgACA
-10 TATAAT
Le début de la transcription commence au niveau du nucléotide +1.
Il est nécessaire de contrôler la fixation de l'ARN polymérase sur le promoteur.
Création du complexe fermé par la fixation de l'ARN polymérase sur toute la zone promotrice, englobant le
nucléotide +1 et les séquences -35 et -10.
1-
Création du complexe ouvert par la dénaturation des deux brins d'ADN pour permettre d'atteindre les bases.
Cette ouverture se fait au niveau du nucléotide +1 jusqu'à environ la moitié de la séquence -10.
2-
La synthèse de l'ARN peut débuter.3-
Chapitre 1 : Initiation de la transcriptionlundi 8 septembre 2008
10:00
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Phase d'élongation : la polymérase quitte le promoteur et progresse vers l'extrémité 5'. La polymérase a une
forte affinité au promoteur et une affinité plus faible aux séquences suivantes.
4-
Terminaison de la traduction : arrivé en région terminatrice, le site de reconnaissance de Rho qui a été
transcrit permet la liaison du facteur Rho impliqué dans le relargage de l'ARN polymérase :
5-
Il y a formation d'une boucle terminative :
Rho progresse le long du brin d'ARN formé et éjecte in fine l'ARN polymérase :
4 points de contrôles :
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Contrôle de la fixation de l'ARN polymérase sur le promoteur.•
Contrôle de l'ouverture de l'ADN.•
Contrôle du début de la synthèse d'ARN.•
Contrôle du départ de la polymérase du promoteur pour contrôler en réalité l'élongation.•
4 points de contrôles :
Nous traiterons en général du cas d'E. coli.
La structure de la polymérase d'E. coli est de type : α2ββ'ωσ
Une protéine peut acquérir plusieurs conformations spatiales. Par exemple, elle peut se replier de telle sorte
que des domaines NTD (N-Terminal Domain) et CTD s'agrègent de leur côtés respectifs et restent reliés par
une séquence d'AA sans conformation particulière.
La polymérase qui nous intéresse ici a juste ses deux sous-unités α qui comportent des domaines NTD et CTD
reliés par un bras flexible.
La polymérase a une affinité forte pour une séquence particulière qui est promotrice. Elle peut toutefois se
fixer autre part sur l'ADN, cependant cette fixation est à faible affinité et généralement l'initiation ne s'y fera
pas : l'ARN polymérase va avoir tendance à se détacher successivement pour atteindre enfin la séquence
promotrice.
σ2 qui reconnait la séquence -10 : TATAAT•
σ4 qui reconnait la séquence -35 : TGACA•
La sous-unité σ70 contient 2 parties impliquées dans la reconnaissance des séquences promotrices :
Reconnaissance du site -10.1-
Ouverture de l'ADN autour de ce site -10.2-
La région σ2 a un second rôle car c'est à son niveau (séquence -10) que l'ADN doit être ouvert.
Elément UP
Certains promoteurs comportent un élément UP responsable d'une meilleure reconnaissance pour la
transcription.
L'élément UP est reconnu par les domaines CTD des sous unités α.
Promoteurs dits "efficaces".>La stabilité conférée par la séquence UP permet une meilleure transcription.
Intervention de la région σ3
Donc σ4 ne reconnait pas -35>Certains promoteurs ont une séquence -35 qui n'a rien a voir avec la séquence normalement reconnue par σ4.
Si on essaye d'installer la polymérase sur ce promoteur, seul l'interaction σ2 - -10 assure la stabilité.
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Condition instable, la polymérase aurait tendance à se détacher.>Si on essaye d'installer la polymérase sur ce promoteur, seul l'interaction σ2 - -10 assure la stabilité.
La somme des interactions entre σ3 et l'ADN avant -10 ainsi que σ2 - -10 confèrent une stabilité
suffisante.
>Mais une région σ3 est présente juste à côté de σ2 impliquée dans la reconnaissance de la séquence -10.
La présence de la séquence -10 est indispensable étant donnée que c'est cette dernière qui est impliquée
dans l'ouverture de l'ADN.
Contrôles de la transcription
Pour commencer l'élongation., il faut dissocier σ70 de l'holoenzyme. Le reste de l'enzyme (ββ') n'a pas une
affinité spécifique pour le promoteur, elle peut quitter le promoteur.
Contrôle de la fixation de l'ARN polymérase sur le promoteur.>Contrôle de l'ouverture de l'ADN.>Contrôle du début de la synthèse d'ARN.>Contrôle du départ de la polymérase du promoteur pour contrôler en réalité l'élongation.>
Des Activateurs/Répresseurs peuvent assurer une régulation à divers niveaux :
Cas de la régulation de l'expression du gène merT en fonction de la présence ou absence de
mercure (Hg2+)
Production de la protéine merT capable de capter et "détoxifier" le mercure.>
Dans le cas du mercure, la bactérie doit mettre en place un système de défense qui nécessite de l'énergie et
doit être finement régulé (en fonction de la présence ou absence d'un taux dangereux de mercure dans le
milieu).
Normalement, la bactérie ne produit pas merT mais lorsqu'un taux trop important de mercure est présent, la
transcription se déclenche.
Les séquences -35 et -10 sont présentes et pourront être reconnues (par σ4 pour -35 et σ2 pour -10).
L'écart entre la séquence -35 et -10 est de 15 à 17 pb en règle générale.
σ4 et -35 peuvent se lier.>
Instabilité de la fixation de la polymérase>σ2 et -10 ne peuvent pas se lier.>
La particularité du promoteur du gène merT est que l'écart entre -35 et -10 est de 19 pb.
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En absence de mercure, la polymérase ne peut pas se fixer sur le promoteur du gène.
La présence d'une concentration élevée en mercure induit une fixation d'un ion mercure sur une protéine
activatrice "merR". Cette fixation s'accompagne d'un changement de conformation.
Répression de la transcription de merT
En absence de mercure, la protéine merR peut se fixer sur un site spécifique du promoteur du gène merT. La
fixation de merR stabilise la structure tridimensionnelle de l'ADN et interdit toute fixation simultanée des
régions -35 et -10 du promoteur par la sous unité σ de la polymérase.
Activation de la transcription de merT
Les sites -35 et -10 se rapprochent.
En présence de mercure, la protéine merR acquiert une nouvelle conformation. Cette nouvelle conformation
permet de tordre l'ADN au niveau du site de fixation.
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Transcription.>La polymérase peut se fixer sur le promoteur du gène.>
Les sites -35 et -10 se rapprochent.>
Une même protéine peut donc être un répresseur ou un activateur en fonction de la concentration du
composé qui la contrôle.
Un promoteur fort est principalement contrôlé par des répresseurs car augmenter son activité est
difficile.
>
Les promoteurs qui comportent des séquences -35 et -10 de type TTgACA et TATAAT proches ne peuvent être
contrôlés que par répression.
On peut donc utiliser des activateurs pour augmenter l'efficacité du promoteur.>On peut aussi utiliser des répresseurs pour diminuer encore plus l'efficacité du promoteur.>La combinaison Répresseur/Activateur est aussi envisageable.>
L'efficacité de l'initiation de la transcription est plus faible "au départ".>
Un promoteur plus faible, par exemple avec des séquences -35 et -10 respectivement AgCACA et TAgCAT,
rendra plus difficile la fixation de la polymérase ainsi que l'ouverture de l'ADN.
Répresseur
Opérateur dans le promoteur
Un répresseur reconnait une séquence spécifique de l'ADN appelée Opérateur.
Il empêche la fixation de la polymérase.>Cet opérateur est entre les séquences -35 et -10.
Opérateur après le promoteur
Logiquement, ce type de répresseur ne peut pas bloquer la fixation de la polymérase, par contre il peut
bloquer l'ouverture de l'ADN.
>D'autres répresseurs peuvent se fixer plus loin dans l'ADN, après le promoteur
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Activateur
Activateurs de classe I sur site -61
Un activateur peut se fixer sur le site -61 en amont de la séquence -35.
Cette protéine activatrice se lie aussi avec les domaines CTD des sous unités α de la polymérase.
L'activateur de classe I peut lier une ou les deux sous unités α.
En partant d'un promoteur faible, la somme des interactions confère une bonne stabilité grâce à l'activateur.
Activateurs de classe II sur site -41
D'autres promoteurs faibles peuvent avoir un site -41 où se fixera une protéine activatrice.
Une avec un domaine CTD d'une sous unité α.>Une avec un domaine NTD de la même sous unité α.>
Activation de la transcription.>La somme des interactions stabilise la fixation de la polymérase.>
La dernière avec la protéine σ70.>
L'activateur qui se lie sur le site -41 peut réaliser 3 liaisons :
L'activateur de Classe II, comme le classe I est susceptible d'avoir des interactions différentes (une seule ou
deux sous unités α considérées par exemple) étant donné la variabilité des cas qui peuvent se présenter.
Faciliter la fixation de la polymérase sur le promoteur en multipliant les interactions et donc en
renforçant la stabilité.
>
Favoriser l'ouverture de l'ADN à l'issue de cette fixation. (Ce qui n'est pas possible pour un activateur de
classe I sur -61 étant donné qu'il est trop loin de la protéine σ70 )
>
Un activateur de classe 2 fait deux choses :
On cherche à augmenter la fixation de la polymérase, fragilisée par des bases atypiques.>On cherche aussi à aider l'ouverture de l'ADN étant donné que la séquence changée confère une
meilleure liaison entre les deux brins (CG).
>
Si on revient sur notre exemple de promoteur faible avec des bases changées, il est plus judicieux d'imaginer
un activateur de classe II car :
09/09/2008; 19:05
Sources :
Vidéo de la transcription chez les procaryotes :
http://highered.mcgraw-hill.com/sites/dl/free/0072835125/126997/animation21.html
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