Contrôle de l’expression génétique chez les eucaryotes

1ère partie : la transcription

- Chapitre I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Cours de Mr Le Dréan

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 1) Le flux de l’information génétique est contrôlé

- Expression en réponse à des signaux extra ou intracellulaires- Expression spécifique à un tissu ou à un type de cellule- Expression différentielle au cours du développement

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 1) Le flux de l’information génétique est contrôlé

ARN codantARN codantARN destructure

Maturation des ARNmcapping, adénylationÉpissageEditingEmpaquatage (RNP) & export

Architecture du noyau & structure de la chromatine

Transcription- Reconnaissance du promoteur (facteurs trans et séquences cis)-Initiation, élongation et terminaison de la transcription

ARN non codantARN non codant

½ vie des protéines (dégradation)

ARN régulateur

½ vie (dégradation des ARN)

Régulation de la traduction(initiation, élongation, terminaison)

Régulation de l’activité des protéinesClivage, Modifications Post-Traductionnelles,

Adressage sub-cellulaire

2) Rappels sur l’initiation de la transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction

Le positionnement de l’ARN-polymérase II nécessite des facteurs généraux

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction

Il existe plusieurs types de complexes de pré-initiation de la transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 2) Rappels sur l’initiation de la transcription

Le contrôle du recrutement des facteurs généraux & de l’ARN-polymérase II nécessite des facteurs particuliers : les facteurs de transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction

3) Les facteurs de transcription

TF = protéine se fixant à l’ADN et modulant l’activité transcriptionnelle

Co-facteursTF

ADN

les facteurs de transcription reconnaissent des séquences d’ADN précises : les éléments de réponse

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction

3) Les facteurs de transcription

Les TF peuvent être soit des activateurs, soit des répresseursCela nécessite un recrutement sur les gènes cibles

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 3) Les facteurs de transcription

À chaque TF correspond une séquence consensus

Reconnaissance de la séquence d’ADN corrélée à l’action du TF sur la transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 3) Les facteurs de transcription

Principe de la reconnaissance ADN-protéine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 3) Les facteurs de transcription

Principe de la reconnaissance ADN-protéine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Principe de la reconnaissance ADN-protéineI - Introduction

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Principe de la reconnaissance ADN-protéineI - Introduction

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 4) Les éléments de réponse

Notion de promoteur basald’éléments en amontd’éléments régulateursd’enhancer (activateur)de silencer (répresseur)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 4) Les éléments de réponse (leur localisation)

région proximaledu promoteur

Dans les introns

En aval du gène

En amont du gène

Orientation

Distance

Position

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 4) Les éléments de réponse

La flexibilité de l’ADN explique la possibilité d’avoir des éléments de réponse éloignés du site d’initiation de la transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 4) Les éléments de réponse

Les éléments de réponse sont transposables

Gène 1TATA Gène 1 inductible Élément de réponse

Gène 2TATA Gène 2 non inductible

Insertion de l’élément de réponse dans le promoteur du gène 2

Élément de réponse

Gène 2TATA Gène 2 inductible

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

I - Introduction 4) Les éléments de réponse

Application en biotechnologie : contrôle de l’expression des transgènes

Gène codant pour un facteur de coagulation

TATA

Élément donnant une spécificité tissulaire (cellules mammaires)

Production de la protéine d’intérêt dans le lait de l’animal transgénique

Gène restaurateur

TATA

Promoteur inductible(produit chimique)

Gène codant pour une toxine

TATA

Promoteur spécifique de la germination

Mort des cellules à la germination

Inhibition

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Les TF peuvent à la fois jouer sur la structure chromatinienne et sur le recrutement du complexe de pré-initiation

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Recrutement direct du complexe de pré-initiation

Recrutement indirect via le complexe médiateur

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Modification de l’état chromatinien

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Recrutement des enzymes modifiant post-traductionnellement les histones

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Recrutement des facteurs de remodelage de la chromatine

Les facteurs de remodelage ne fixent pas directement l’ADN

Recrutement via les TF ou les histones après modification (code histone)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Rôle des facteurs de remodelage de la chromatine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

II – Mode d’action des facteurs de transcription

structure modulaire des TF

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

III – Activation des TF

La présence ou l’absence du TF commande l’expression des gènes cibles

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

III – Activation des TF

TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur

- Liaison à un ligand - Liaison à une autre protéine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

III – Activation des TF TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur

-Modification post-traductionnelle suite à un signal (phosphorylation, acétylation, conjugaison etc…)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

III – Activation des TF

TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur

- séquestration du TF

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription

Les gènes contiennent de nombreux éléments de réponse et ils sont régulés par l’action concertée de plusieurs TF

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription

Notion d’enhancesome

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription

Notion de stéréo-alignement Si courte distance entre les éléments de réponse

TATA

Élément de réponse 1

TF1TF2

Alignement dans l’espace=> Interaction possible

Élément de réponse 2

20 bp = 2 tours d’hélice

TATA

TF1

TF2Alignement détruit

=> Interaction impossible25 bp = 2,5 tours d’hélice

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription

Régulation = balance entre répression & activation

Notion de compétition entre TF

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

V – Classification des TF

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Basic-helix-loop-helix1) Superclass: Basic Domains ( )

1.1 Class: bZIPLeucine zipper factors ( ) 1.1.1 Family: AP-1 c-Fos(-like) components; includes ( /c-Jun)1.1.2 Family: CREB1.1.3 Family: C/EBP-like factors1.1.4 Family: bZIP / PAR1.1.5 Family: Plant G-box binding factors1.1.6 Family: ZIP only

1.2 Class: Helix-loop-helix factors (bHLH) 1.2.1 Family: Ubiquitous (class A) factors1.2.2 Family: Myogenic transcription factors (MyoD)1.2.3 Family: Achaete-Scute1.2.4 Family: Tal/Twist/Atonal/Hen

1.3 Class: Helix-loop-helix / leucine zipper factors (bHLH-ZIP)1.3.1 Family: Ubiquitous bHLH-ZIP factors; includes USF ( USF2USF1, ); SREBP (SREBP)1.3.2 Family: Cell-cycle controlling factors; includes c-Myc

1.4 Class: NF-1 1.4.1 Family: NF-1 (NFIC)

1.5 Class: RF-X 1.5.1 Family: RF-X (NFX2, NFX3, NFX5)

1.6 Class: bHSH

V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)

2) Superclass: Zinc-coordinating DNA-binding domains

2.1 Class: Cys4 nuclear receptorzinc finger of type 2.1.1 Family: Steroid hormone receptors2.1.2 Family: Thyroid hormone receptor-like factors

2.2 Class: diverse Cys4 zinc fingers2.2.1 Family: GATA-Factors

2.3 Class: Cys2His2 zinc finger domain2.3.1 Family: Ubiquitous factors, includes TFIIIA, Sp1

Krüppel2.3.2 Family: Developmental / cell cycle regulators; includes2.3.4 Family: Large factors with NF-6B-like binding properties

2.4 Class: Cys6 cysteine-zinc cluster2.5 Class: Zinc fingers of alternating composition

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Helix-turn-helix3) Superclass:

3.1 Class: Homeo domainUbx3.1.1 Family: Homeo domain only; includes

3.1.2 Family: POU domain Octfactors; includes3.1.3 Family: Homeo domain with LIM region3.1.4 Family: homeo domain plus zinc finger motifs

3.2 Class: Paired box 3.2.1 Family: Paired plus homeo domain3.2.2 Family: Paired domain only

3.3 Class: Fork head / winged helixforkhead3.3.1 Family: Developmental regulators; includes

3.3.2 Family: Tissue-specific regulators3.3.3 Family: Cell-cycle controlling factors3.3.0 Family: Other regulators

3.4 Class: Heat Shock Factors3.4.1 Family: HSF

3.5 Class: Tryptophan clusters3.5.1 Family: Myb3.5.2 Family: Ets-type3.5.3 Family: Interferon regulatory factors

3.6 Class: TEA domain3.6.1 Family: TEA (TEAD1, TEAD2, TEAD3, TEAD4)

V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)

4) Superclass: beta-Scaffold Factors with Minor Groove Contacts

4.1 Class: RHR (Rel homology region)4.1.1 Family: Rel/ankyrin; NF-kappaB4.1.2 Family: ankyrin only4.1.3 Family: NF-AT (NFATC1, NFATC2 NFATC3, )

4.2 Class: STAT 4.2.1 Family: STAT

4.3 Class: p53 4.3.1 Family: p53

4.4 Class: MADS box4.4.1 Family: Regulators of differentiation; includes (Mef2) 4.4.2 Family: Responders to external signals, SRF (serum responsefactor) (SRF)

4.5 Class: beta-Barrel alpha-helix transcription factors4.6 Class: TATA binding proteins

4.6.1 Family: TBP4.7.1 Family: SOX genes, SRY4.7.2 Family: TCF-1 (TCF1)4.7.3 Family: HMG2-related, SSRP1 (SSRP1)4.7.5 Family: MATA

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription

V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)

4) Superclass: beta-Scaffold Factors with Minor Groove Contacts

4.8 Class: Heteromeric CCAAT factors4.8.1 Family: Heteromeric CCAAT factors

4.9 Class: Grainyhead4.9.1 Family: Grainyhead

4.10 Class: Cold-shock domain factors4.10.1 Family: csd

4.11 Class: Runt4.11.1 Family: Runt

0) Superclass: Other Transcription Factors

0.1 Class: Copper fist proteins0.2 Class: HMGI(Y) (HMGA1)

0.2.1 Family: HMGI(Y)0.3 Class: Pocket domain0.4 Class: E1A-like factors0.5 Class: AP-2/EREBP-related factors