Chapitre 11 La régulation de l’expression des gènes chez les bactéries et leurs virus

Une représentation du complexe répresseur lac-ADN, telle

qu’elle a été déterminée par crystallographie aux rayons X

Régulation de l’activité des gènes

Procaryote

Eucaryote

Phénomène de différentiation

Les concentrations de protéines peuvent être régulées par des

mécanismes qui opèrent lors de la transcription ou de la traduction.

La régulation des gènes chez les procaryotes

La régulation de la transcription peut être placée sous contrôle négatif ou

positif. Sous contrôle négatif, l’expression génique aura lieu sauf si elle est

inhibée par une molécule régulatrice (répresseur). À l’opposé, sous contrôle

positif, la transcription à lieu seulement si une molécule régulatrice

(activateur) stimule directement la production d’ARNm.

Effecteurs allostériques

Les activateurs et les répresseurs agissent comme des commutateurs

génétiques. Ces protéines possèdent deux sites importants: un domaine de

liaison à l’ADN et un site allostérique. Le site allostérique interagit avec de

petites molécules appelées effecteurs allostériques, modifiant ainsi la capacité

des activateurs et répresseurs à se lier à l’ADN.

L’exemple du métabolisme du lactose

Un minimum de deux enzymes est nécessaire au métabolisme du lactose:

1- Une β-galactosidase: Scinde le lactose en deux molécules distinctes de

galactose et de glucose.

2- Une perméase: Nécessaire au transport du lactose à l’intérieur de la cellule.

Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes

Opéron: Un groupe de gènes de structure adjacents dont l’ARNm est synthétisé

en un seul morceau (ARNm polycistronique), avec les signaux régulateurs

adjacents qui affectent la transcription de ces gènes de structure.

Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes

Le contrôle négatif du système inductible lac

Répresseur actif

Transcription inactive ADN Promoteur Opérateur

Inducteur (lactose)

ADN Transcription active Opérateur Promoteur

Complexe répresseur-inducteur inactif

L’inactivation du répresseur pour des systèmes comme le lac se nomme induction.

Les dérivés du lactose qui inactivent le répresseur et provoquent l’expression des

gènes lac se nomment inducteurs. Le système lac représente un exemple de

contrôle négatif puisqu’il repose sur l’inactivation du répresseur.

L’allostérie

Des protéines sont dites allostériques lorsqu’elles peuvent modifier leurs

conformations et ainsi leurs sites de liaison.

Exemples de protéines allostériques: activateurs, répresseurs, etc.

Opérateur

Inducteur

Répresseur

La dominance en cis et en trans Certaines mutations peuvent exercer leur action sur d’autres gènes adjacents

dans l’opéron, un effet connu sous le nom de dominance en cis. La dominance en

cis implique l’interaction physique d’un élément, avec des gènes directement en

contact avec lui. Par opposition, la dominance en trans implique l’action d’un

produit diffusible.

Exemple de dominance en trans

Exemple de dominance en cis

Le contrôle des gènes de l’opéron lac

Le contrôle des gènes de l’opéron lac

-

IS: La mutation IS élimine la réponse

à l’inducteur en modifiant le site

stéréospécifique de fixation de

l’inducteur. Ainsi, même en

présence du lactose, cette mutation

empêche la transcription des gènes

Z et Y. IS est dominant sur I- et I+.

Importance des séquences conservées du promoteur

Les séquences entourées d’une boîte rectangulaire présentes aux environs des

positions -35 et -10 sont très bien conservées dans tous les promoteurs d’E. coli

et servent de site d’initiation de la transcription (endroit où l’ARN polymérase

vient se lier pour initier le processus de transcription).

La répression catabolique de l’opéron lac par le glucose: un contrôle positif

Un système supplémentaire de

contrôle s’ajoute au système

répresseur-opérateur. Ce système

existe car les cellules possèdent des

enzymes spécifiques qui favorisent

l’absorption du glucose et son

métabolisme. Si le lactose et le

glucose sont présents simultanément,

la synthèse de la β-galactosidase

n’est pas induite tant que le glucose

n’a pas été épuisé. Ainsi, la cellule

économise sa machinerie métabolique.

La présence du glucose empêche

ainsi l’induction de l’opéron lac par le

lactose; c’est pourquoi cet effet fut

appelé répression catabolique.

Néanmoins, il s’agit d’un contrôle

positif car la présence de CAP est

requise pour induire la transcription.

La liaison de la protéine CAP

Sites de liaison à l’ADN

présentant une simétrie binaire:

La liaision du complexe CAP-AMPc

courbe l’ADN, ce qui pourrait favoriser

la liaison de l’ARN polymérase:

Contrôles négatif et positif de l’opéron lac

a) La production d’ARNm est réprimée

b) Très faible production d’ARNm

c) Grande production d’ARNm

Un double contrôle positif et négatif: l’opéron arabinose

I’opéron arabinose

Une fois liée à l’arabinose, la

protéine AraC (activateur) se lie

au site araI et active la

transcription de l’opéron

arabinose.

De plus, le système de répression

catabolique CAP-AMPc s’ajoute à

ce système de contrôle.

En présence d’arabinose, le

complexe CAP-AMPc et le

complexe AraC-arabinose doivent

se fixer à araI pour que l’ARN

polymérase se fixe au promoteur

et active la transcription. En

absence d’arabinose, le protéine

AraC adopte une conformation

différente et réprime l’opéron

arabinose en se fixant à la fois à

araI et à un second site distant,

araO, formant ainsi une boucle

qui empêche la transcription.