Structure et expression des gènes eucaryotes

Quels sont les types d’ARN possédé par les eucaryotes ?

→ ARN impliqué dans la régulation

→ ARN impliqué dans la maturation

ARN codant

ARNm

ARN impliqué dans la maturation

→ ARNm

→ ARNr

→ ARNt

→ ARNsn

→ ARNsno

ARNsn

Small nuclear

ARNsno

Small nucléolaire

Quels sont les ARN impliqué dans la régulation

→ asARN

→ lncARN

→ siARN

→ ARNmi

asARN

anti-sens

lncARN

long non coding ARN

siARN

ARN small interference

ARNmi

ARN micro

Par quoi sont codés ces ARN ?

ADN génétique

Quelle est la structure d’un gène eucaryote codant pour une protéine ?

→ gène morcelés

→ séquence cis-régulatrice

→ promoteur = boîte TATA

→ début ORF dans l’exon 1 séparé par un intron et stop dans l’exon 2

→ site de terminaison transcription à la fin de l’exon

Que signifie gène morcelé ?

Exons/introns

Structure de l’ADNg transcrit

→ excision intron

→ pré-ARNm

Que se passe t-il après transcription de l’ADNg?

→ épissage

→ ARNm mature

→ Assemblage des exons = ORF

ARNr eucaryote

→ 4 ARNr

→ 5S codé par un gène

→ 5,8S ; 18S et 28S codé par un même gène

Obtention des 3ARNr à partir d’un même gène

1 seul gène → 1 pré ARNr (transcription) → 3ARNr (maturation)

Où sont transcrits les ARNr ?

Dans le nucléole

Comment sont transcrits les ARNr ?

Par répétition en tandem de l’unité de transcription conenat les 3ARNr = cluster

Cluster déf

Un cluster est un ensemble de deux gènes ou plus, qui dérivent d'un ancêtre unique obtenus par duplications successives

Comment sont transcrit les ARNt ?

Par cluster de gènes sens et anti-sens

Où est situé le promoteur des ARNr et ARNt ?

Dans la région transcrite

Que signifie un ARNt isocoder ?

ARNt qui reconnaît les mêmes codons

D’où provient la complexité transcriptionnelle d’un gène eucaryote ?

Gène codant une protéine possède des exons et des introns et pouvant contenir séquences d’ARN régulateur

A quoi sert égaleùent l’ARN polymérase utilisée pour transcription ARNm ?

Transcription ARN régulateur

Combien y a t’il d’ARN polymérase ?

3

Quels les 3 ARN polymérases et leur rôles?

→ ARN polymérase I : transcription ARNr sauf ARNr 5S

→ ARN polymérase II : ARNm + ARN régulateur

→ ARN polymérase III : ARNr 5S

Quels sont les différents promoteurs ?

→ BRE : à la place de TATA

→ TATA

→ DPE : en + 30

→ INR : Au niveau du +1

Séquence consensus boîte TATA

TATAAA

BRE

B recognition element

INR

Initiator

DPE

Downstream promoter element

Combien de ces éléments peuvent être présents ?

2 ou 3 en fonction de la force du promoteur

ARNt variable ou non ? Et l’ARNm ?

→ ARNt peu variable

→ ARNm très conservé

Quel séquences séparent les gènes de synthèse des 3 ARNr ?

→ ITS : Internal Transcribed Sequence

→ ETS : External Transcribed Sequence

Ces séquences sont éliminés lors du processus de maturation par des ARNase

Y a t-il des pré ARNt ?

Oui

Formation ARNt

ARN poly III effectue la transcription du pré ARNt suivie d’une maturation en ARNt :

1. Excision des introns 1 pré-ARNt → 1ARNt

2. Modification post-transcriptionnelle bases azotée (inosine)

Nom des facteurs de transcriptions généraux de l’ARN poly II

TF_II

Composant de TF_II et rôle

1- TF_II D reconnait en 1er le promoteur grâce au TBP (TATA Biding Protein)

2- TF_II B

3- TF_II F et TF_II E auxquels se fixe l’ARN poly II pour stabiliser

4- TF_II H qui active PIC avec son activité kinase et activité hélicase

Que forme l’ensemble ARN poly II et TF_II ?

complexe multiprotéiqque PIC

Que signifie PIC ?

Pré initiation complex

Que nécessite l‘activation de PIC ?

La phosphorylation de CTD l’ARN poly II par TF_II H

Que signifie CTD ?

C terminal Domain

Que permet le recrutement de PIC ?

La variabilité dans les promoteurs basaux

Comment BRE recrute l’ARN poly ?

Grâce à TF_IIB

Comment DPE recrute l’ARN poly ?

Grâce à TF_II D via une autre sous-unité que TBP → TAF

Que signifie TAF ?

TBP Associated Factor

Comment TATA recrute l’ARN poly ?

Grâce à TF_IID

Que nécessite l’élongation de l’ARNm et pourquoi ?

Nécessite facteurs d’élongation pour maintenir ADN libre, réduire interaction ADN/histone, réduire interaction polymérase et nucléosome

Qu’est-ce qui remodèle le nucléosome ?

Complexe de remodelage de la chromatine

Qu’est-ce qui désassemble les nucléosomes ?

Les chaperons d’histones

Processus de régulation de l’initiation

Le complexe de transcription se met en pause après l’initiation qq minutes à plusieurs heures

Comment se fait la terminaison de la transcription ?

Site de clivage et de dépolymérisation sur lequel se fixent les facteurs de clivage : séquence consensus AATAAA

Où se situe le site de clivage ?

30 nucléotides plus loin

Quels sont les faceturs de clivage ?

→ CPSF : Cleavage and Polymerisation Specifically factor

→ Csf : Cleavage Stimulation factor

En quoi consiste la maturation des ARNm ?

→ Ajout d’une coiffe en 5’

→ Epissage

→ Polyadénylation en 3’ de l’ARN

Epissage définition

Quan a lieu la maturation des ARNm et nécessaire pour quelle processus ?

→ Au cours de la transcription et après la terminaison

→ Préalable à l’exportation dans le cytoplasme

Que permet la maturation du pré ARNm en ARNm ?

→ Obtention d’un ORF

→ Stabiliser l’ARNm (protection contre l’action exonucléase)

→ Initiation la traduction exportation dans le cytoplasme

Qu’est-ce qui est nécssaire à l’exportation de l’ARNm dans le cytoplasme ?

→ CBC : Cap Biding Complex en 5’

→ EJC = Exon Junction Complex

→ PABP = Poly A Binding Proteins

Ils sont également exportés

Que sont les SR protein ?

Protéines riches en sérine-arginine

Par qui est reconnu l’ARNm dans le cytoplasme ?

Par des facteur d’initiation de la traduction → eIF

De quoi est composé eIF ?

→ CBC et pABP (1 sous-unité chacune)

Comment s’assemble les sous-unités ribosomiques ?

1. Nucléole : ARN poly I transcription précurseur ARNr 18S, 5,8S et 28S

2. Noyau

• ARN poly III: ARNr 5S + ARNt

• ARN poly II : ARNm

• Exporté dans le nucléole ensuite

Par quoi est remplacé CBC ?

Par eIF4_E

A qui s’associe PABP ?

A eIF4_G

Qu’entraîne le remplacement de CBC et l’association de PABP ?

ARNm circulaire

De quoi sont composés les sous-unités ribosomiques ?

→ Petite : 18S => 40S

→ Grande : 5S, 28S, 5,8S => 60S

40S +60S = 80S

Où sont traduites les protéines nécessaires à l’assemblage du ribosome et où s’assemble t-elle ?

→ Dans le cytoplasme

→ Dans le nucléole

Quels sont les acteurs de la traduction ?

1. ARNm circulaire : eIF4_(E+G) + A (hélicase)

2. Sous-unité 40S : eIF₃, eIF₁

3. ARNt_{Met i} : eIF₂-GTP

4. Sous-unité 60S : eIF₅-GTP

Par quoi débute l’initiation de la traduction ?

Par l’hydrolyse du GTP pour l’association + intervention de eIF₅-GTP

Quel sont les deux sites du ribosomes pour l’initiation ?

A et E

Comment est activé PIC (traduction) ?

Par la queue poly A grâce à des interactions transitoires

Comment fonctionne l’assemblage du ribosome et l’initiation de la traduction pour 99% des ARNm?

Par balayage (scanning) à partir de la coiffe jusqu’au AUG

Quelles sont les conditions de fonctionnement du balayage ?

→ Minimum de 15 nt

→ Codon d’initiation AUG ou codon alternatif CUG, GUG, ACG

→ séquence KOZAK

1 des 3 conditions est nécessaire → possibilité d’initiation multiple de la traduction à partir d’1 seul ARN m

Séquence KOZAK

Pu NNAUG Pu

Avec

Pu = purine

N = nucléotide

AUG = codon d’initiation ou codon alternatif

A quel condition est possible l’initiation multiple de la traduction ?

Que les codons d’initiations soient dans le même cadre de lecture

Que forment alors les protéines issues d’initiation multiple ?

Des isoformes protéiques

Dans quel cas il n’y a pas d’initiation multiple ?

Si absence de KOZAK et absence de codon d’initiation fort

Comment fonctionne l’assemblage du ribosome et l’initiation de la traduction pour 1% des ARNm?

Pas de balayage interne à partir de la coiffe en présnece d’une séquence interne (en 5’) de fixation du ribosome → IRES

Que se passe t-il si scanning + IRES ?

Expression bicistronique

Comment sont activé les acides aminés ?

→ Couplage acide aminé à ARNt approprié

→ Aminoacyl-ARNt-synthétase: catalyse la réaction qui relie aa - extrémité 3’ ARNt

→ Couplage avec hydrolyse de l’ATP

Comment se passe l’appariement codons/anticodon ?

• Un même ARNt peut reconnaître plusieurs codons

• Présence de bases modifiées avec des spécificités d’appariement variables

• Flottement (wooble) entre 3ème nt du codon et 1er nt de l’anticodon (en 5’)

Initiation de la traduction par balayage

• Concerne 99% des ARNm

• Complexe de pré-initiation se forme autour de la coiffe:plusieurs eIF et su 40S

• Activation via des interactions transitoires avec la queue polyA

• Complexe d’initiation balaye ARNm en direction de l’extrémité 3’ jusqu’à trouver le site d’initiation de la traduction:positionnement de l’ARNtiMet sur le codon d’initiation de la traduction

• Initiations multiples possibles

Initiation interne de la traduction

En présence d’une séquence IRES (Internal Ribosome EntrySequence)

• Origine: virus à ARN (rétrovirus, picornavirus): ARNm sanscoiffe en 5’: longue région 5’ UTR riche en structures secondaires (IRES) permettant l’initiation de la traduction

• 2 mécanismes d’initiation possibles (expression bicistronique)

Elongation traduction

• Mise en place de l’ARNtaa suivant sur le codon 2 (site A)

• Formation de la liaison peptidique catalysée par la peptidyltransférase

• Translocation du ribosome

Translocation du ribosome

– ARNt déchargé quitte le site P puis le ribosome après être passé par le site E

– peptidylARNt se déplace du site A vers le site P

– le ribosome se déplace d’un codon le long de l’ARNm de sorte qu’un nouvel ARNt chargé prenne position sur le site A

Quelles sont les trois phases d’un cycle d’élongation ?

• mise en place de l’ARNtaa suivant sur le codon n+1 (site A du ribosome) eEF1-GTP et hydrolyse du GTP

• formation de la liaison peptidique catalysée par la peptidyl-transférase

• translocation du ribosome eEF2 –GTP, hydrolyse du GTP et élimination de l’ARNt

Terminaison de la traduction

→ Interruption des cycles d’élongation:

• positionnement d’un codon stop sur le site A

• interaction codon stop /eRF-GTP

→ Terminaison de la synthèse protéique:

• hydrolyse du GTP lié à eRF

• hydrolyse de la liaison ester (polypeptide-ribose) par la peptidyl transférase

→ Chaîne polypeptidique libérée de l’ARNt et du ribosome qui se désassemble

Obtention d’une protéine fonctionnelle

• repliement de la protéine pour adopter la conformation la plus stable (structure 3D); commence au cours de traduction

• assemblage avec d’autres sous-unités protéiques : homodimères ou hétérodimères

• liaison éventuelle avec des co-facteurs

• modifications post-traductionnelles : clivages protéolytiques modifications covalentes sur certains aa

Quand est-ce que débute l’élongation ?

→ Départ de tous les eIF + recrutement des eEF : eEF₁ , eEF₂

Quel facteur nécessaire à la fixation sur le site A ? Translocation ?

→ eEF₁

→ eEF₂

A quel moment s’arrête l’élongation ?

Départ des eEF remplacé par les eRF

Que font les eRF ?

Ils interagissent site A + codon stop

Quels sont les différents niveaux de régulation ?

→ Transcription dans le noyau :

• maturation (épissage aletrnatif)

• Exportation dans le cytoplasme

→ Traduction dans le cytoplasme

• stabilité de l’ARNm

• Adressage

Quels sont les 2 niveaux de régulation concommitents poour initier transcription gène eucaryote ?

→ Contrôle de l’état d’ouverture de la chromatine

→ Recrutement de complexes multiprotéiques

Régulation de l’état d’ouverture chromatine on/off

→ = fibre 11 nm avec séquence accessible

• promoteur min basal (PIC)

• séquence cis-régulatrice

Quels complexes multiprotéiques sont recrutés pour régulation ?

FT et/ou PIC

Comment est contrôlé l’état d’ouverture de la chromatine ?

Par des enzymes qui apportent des modifications post traductionnelle qui font parties intégrante de FT ou de complexe de remodelage de la chromatine

→ Ex : HAT (histone Acetyl transférases) ≠ HDAC (Histones Desacétylase) ou HMT (Histone Méthyl transférases) ≠ HMD (Histones Demethylases)

L’action des FT ou des CRC sont ils réversibles ?

Oui → mise en place de marqueurs épigénétiques pur la transmission génétique