Ch 12: La transcription et la modification de l'ARN Flashcards Preview

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Flashcards in Ch 12: La transcription et la modification de l'ARN Deck (47):
1

Introduction

-Au niveau moléculaire, un gène est un segment d’ADN utilise pour faire un produit fonctionnel.
-Soit un ARN ou un polypéptide

-Transcription est la première étape dans l’expression génique

-Transcription en génétique réfère à faire une copie de l’ADN sous forme de séquence d’ARN

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Expression génique

-Les gènes structuraux codent pour les séquences d’AA ou polypeptides
-Transcription d’un gène structural produit un ARNm (messager)
-La séquence des nucléotides de l’ARNm détermine la séquence d’AA d’un polypeptide durant la traduction
-La synthèse d’une protéine détermine les traits d’un organisme

Ceci porte le nom de dogme central
Figure 12.1

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Survol de la transcription

-Les séquences de bases de l’ADN définissent le début et la fin du gène et régulent le niveau de synthèse de l’ARN.

-Les protéines doivent reconnaitre et se fixer sur l’ADN pour que la transcription ait lieu.

-L’expression de gène est un processus utilisé pour produire une protéine fonctionnelle qui à son tours déterminera un trait avec le concours des facteurs environnementaux

-Les facteurs de transcriptions (prots) peuvent se lier directement au promoteur et faciliter la transcription

-D’autres recconnaissent les séquences de régulations ou éléments de régulations (petite séquence d’ADN impliquée dans la régulation de la transcription)

-Les facteurs de transcriptions se lient à ces séquences et augmentent ou diminuent le taux de transcription

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Les différents types de séquences de bases - ADN

ADN
-Promoteur: lieu lié par ARN polymérase, signaux où commence la transcription
-Terminateur: là où arrête la transcription
-Séquences régulatrices: lieux liés par des prots régulatrices. Rôle dans l’expression des gènes. Peuvent être trouvées dans une variété d’endroits chez les euc
-normalement on peut les trouvés partout (loin ou proche du promoteur)

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Les différents types de séquences de bases - ARNm

ARNm
-Ribosomal binding site (RBS): site de liaison du ribosome. La traduction commence près de ce site. Le ribosome survol ensuite l’ARNm pour le codon de début
-Les RBS s’apellent la séquence Shine Dalgarno
- Codon d’initiation (start codon): codon pour le premier aa dans la prot, formylméthionine (bact) ou méthionine (euc)
- Codons: un code à base de 3 nucléotides chez lARNm qui indique quel aa devrsit être dans la prot. La séquence de codons dans l’ARNm dicte la séquencce des aa dans le polypep
- L’ARNm bact peut être polycistronique (code pour plusieurs prots)
fig 12.2

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Les étapes de la transcription

-Trois étapes
-Initiation
-Elongation
-Terminaison

-Ces étapes impliquent des interactions protéines-ADN
-Protéines comme l’ARN polymérase qui interagit avec les séquences d’ADN
fig 12.3

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Quest ce qui induit le début de la transcription?

La première étape est une étape de reconnaisance: le promoteur est reconnu par plusieurs facteurs de transcription

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Transcription - initiation

1 )Promoteur = site reconnu par les facteurs de transcription (FT)

2) FT aident ARN poly à se lier au promoteur et former le complexe fermée

3) ADN est dénaturé pour former le complexe ouvert
v

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Transcription- Élongation

Le complexe ouvert se déplace le long de l’ADN et la polymérase fait la synthèse de l’ARN

10

Transcription - terminaison

Un signal fait que la polymérase s’enlève de l’ADN et l’hybride ARN-ADN se défait

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Les transcrits d’ARN ont différentes fonctions

-Gènes structuraux
-Transcrits en ARNm
-Codent pour des polypep
-90% des gènes

-Gènes non-structuraux
-Non traduits
-Ex: font partie des ribosomes, splicéosomes et télomérases
fig 12.4

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Promoteurs

-Promoteurs: sont des séquences d’ADN qui favorisent l’expression des gènes.
-Plus précisément ils dirigent la location exacte pour l’inititation de la transcription

-Promoteurs sont typiquement localisés en avant du site du début de la transcription
-Les bases des promotuers sont numérotées en relation avec le site du début de la transcription (convention)
-Directement en avant ou en avant mais un peu plus loin

-Le promoteur peut contenir plusieurs douzaines de nucléotides mais de courtes séquences sont particulièrement critiques pour la reconnaisance du promoteur

-En comparant la séquence des bases d’ADN de plusieurs promoteurs, le chercheurs ont appris que certaines séquences sont plus importants et nécessaire pour la fonctionnalité du promoteur

-Dans plusieurs promoteurs d’E. coli et espèces similaires , 2 séquences semblent importants et localisées aux sites -35 et -10
fig 12.5

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Séquences des promoteurs

-Les séquences d’ADN trouvées dans les promoteurs ou les éléments de régulation varient selonn les espèces

-Les bases les plus communes dans un type spécfique sont appelés ‘séquences consensus’

-La fig 12.5 illustre les séquences trouvées dans difs promoteurs d’E.coli

-La séquence consensus observée en bas de l’image est efficacement reconnue par les prots qui initient la transcription

-Pour plusieurs gènes de bact, il existe une bonne corrélation entre le taux de transcription et le degré de compatibilité (agreement) avec les séquences consensus des régions -35 et -10

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Transcription bactérienneInitiation – La polymérase

-ARN polymérase
-Enzyme qui catalyse la synthèse de l’ARN
-Lecture d’ADN de 3’ à 5’
-Élongation de l’ARN de 5’ à 3’
-E. coli, l’holoenzyme est composé de:
-Cœur
-5 sous-unités
-a2bb’ 
-Facteur Sigma
-1 sous-unité = s

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Transcription bactérienne Initiation- la polymérase suite

-Les 2 sous-u alpha jouent un rôle important dans l’assemblage de l’holoenz et le processus de liaison à l’ADN

-Béta et béta’ sont importantes dans la liaison à l’ADN et font la synt catalytique de l’ARN

-ω est imp pour le bon assemblage du cœur de l’enz

-Le premier rôle de sigma est de reconnaître le promoteur

-La holoenz est nécessaire pour initier la transcription

-Les prots qui influencent la fonction de l’ARN polymérase sont un type de transcription facteur

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Transcription bactérienne-Initiation la liaison du facteur sigma

-L’holoenzyme ARN polymérase, lie l’ADN et le parcours en recherche du promoteur

-Une fois trouvé, Sigma (facteur de spécificité) reconnait les régions -35 et -10
-Requiert interaction entre un motif de l’hélice-tour-hélice et l’ADN

-Ceci forme un complexe fermé = Liaison de la polymérase au promoteur d’ADN
fig 12.6

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Transcription bactérienne-Initiation suite

-Formation du complexe ouvert = ADN lié par polymérase et les liaisons H de l’ADN (boîte -10) sont interrompues pour ouvrir les brins.

-Synt d’un court brin d’ARN à l’intérieur du complexe ouvert

-Synt d’ARN plus longue et stabilisation du complexe ADN-ARN

-Libération du facteur sigma dégagement de la polymérase du promoteur, ceci marque la fin de l’initiation

-Déplacement du cœur de l’enz le long de l’ADN pour la synt du brin d’ARN: c’est l’élongation

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Transcription bactérienne-Élongation

-Déplacement de la bulle de transcription et synthèse du transcrit d’ARN de 5’ à 3’

-Bulle de transcription = 17pb de long

-Derrière la bulle l’ADN reforme l’hélice double

-43 nucléotides par seconde

-Les bases de thymine sont remplacées par l’Uracile

-Le brin d’ADN utilisé comme matrice pour la synt d’ARN est appelé matrice ou brin antisens

-Le brin opposé de l’ADN s’appelle le brin codant, il a le même séquence de bases que le transcrit d’ARN sauf que j’aurais uracil au lieu de thymine
fig 12.7/8

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Les 2 brins de l’ADN génomique sont utilisés comme matrice pour différents gènes.

fig 12.9

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Transcription bactérienne-Terminaison

-Fin de la synthèse de l’ARN
-L’hybride ARN-ADN doit se défaire
-La polymérase doit être relâché

-2 mécanismes chez E. coli
1) Terminaison dépendante du facteur rho
2) Terminaison indépendante du facteur rho

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Comment fonctionne rho?

-La prot rho fonctionne comme une hélicase, une enz qui peut séparer des régions de l’hybrides ARN-ADN
-Après la synt du site rho sur l’ARN, la prot rho s’attache à l’ARN et se déplace dans la direction de l’ARN polymérase

-Le second important composé dans la terminaison dépendante de rho est le site où la terminaison prend effectivement place

-À ce site de terminaison, l’ADN code pour une séq d’ARN contenant plusieurs bases GC qui forment une loupe

-La synt d’ARN se termine plusieurs nucléotides après cette loupe (épingle à cheveux)

-L’ARN polymérase se lie à cette loupe, ce qui entraine un changement de conform de l’enz, ce qu iinduit l’arrêt de l’ARN polymérase

-La pause permet à la prot rho de rattraper la loupe de passer à travers et casser les LH entre l’ADN et l’ARN dans le complexe ouvert, ce qui entraine la séparation du brin d’ARN complet en mpeme temps que l’Arn polymérase

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Terminaison dépendante de rho

fig 12.10

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Terminaison indépendante de rho

-2 séquences importantes dans l’ARN pour la terminaison independante de rho
1) Épingle à cheveux (la formation de cette loupe cause l’arrêt de l’ARN poly. Cet arrêt est stabilisé par la liaison d’autres prots à l’ARN poly exp NusA
2) Séquence riche en uracile au bout 3’

-Du fait que cet terminaison ne nécessite pas rho on l’appelle terminaison intrinsèque

-Terminaison indépendant de rho = terminaison intrinsèque
Chez E. coli ½ des gènes vont avoir recours à la terminaison intrinsèque l’autre ½ est dépendant de rho
fig 12.11

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Transcription chez les eucaryotes

-Beaucoup de similarités entre les procaryotes et les eucaryotes. Cependant :

-Chez les eucaryotes c’est plus complexe:
-Plus gros organismes
-Plusieurs types de cellules
-Complexité cellulaire
-Multicellulaire

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ARN polymérases des eucaryotes

-ARN pol I
-Transcrit tous les ARNr sauf l’ARNr 5s

-ARN pol II
-Transcrit tous les gènes structuraux (ARNm)
-Transcrit certain snRNA (small nucleolar)

-ARN pol III
-Transcrit ARNt
-ARNr 5s
-Les gènes de la microARN

-Les 3 ARN poly sont similaires structurellement et sont composées de plusieurs sous-U

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Structure de l'ARN polymérase eucaryote

Le NTP rentre et passe par un site catalytique qui a un Mg2+ se trouve normalement au bout 3’ de l’ARN; manque peut inhiber la transcription
fig 12.12

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Les promoteurs eucaryotes

-Le cœur du promoteur est relativement court
-Il consiste en la boite TATA et le site d’initiation de la transcription
-Imp dans la détermination
du point précis du début de
la transcription
-TATA box se trouve environ
25 pb en avant du site
d’initiation de la transcription
-Le cœur du promoteur par lui même produit un niveau faible de transcription
-Ceci est appelé transcritopn de base
fig 12.13
-Pas de boite tata – transcription pourrais avoir lieu mais il ne commence pas au bonne endroit = mauvais résultat

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Séquences régulatrices - eucaryotes

-Les séquences régulatrices sont des séquences courtes d’ADN qui affectent la liaison de l’ARN polymérase au promoteur .

-Les facteurs de transcriptions (protéines) se lient à ces éléments et influent sur le taux de transcription

-Il y a 2 types d’éléments de régulations
-Activateurs (enhancers)
-Stimulent la transcription
-Inhibiteurs (silenceurs)
-Inhibent la transcription

-Ils varient bcp dans leur localisation mais ils se trouvent souvent entre la région -50 à -100

-Ils peuvent être aussi loin du cœur du promoteur mais influencer quand la capacité de l’ARN polymérase à initier la transcription
Fig 12.13

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Séquences des gènes structuraux chez les eucaryotes

-Éléments cis
-Séquences retrouvées dans l’ADN
-Ont un effet sur les gènes avoisinants
-Exp: boite TATA, les activateurs et les inhibiteurs

-Éléments trans
-Protéines régulatrices qui lient les éléments cis

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ARN polymérase II et ses facteurs de transcription (euc)

-3 sortes de protéines impliquées dans l’initiation
-ARN polymérase II
-Facteurs de transcription généraux
-TFIID
-TFIIB
-TFIIF
-TFIIE
-TFIIH
-Le médiateur
l'ARN polymérase II et les facteurs de transcription généraux forment l'appareil de transcription de base
12.14

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Le médiateur (euc)

-Intermédiaire entre ARN polymérase II et autres protéines régulatrices qui se lient aux activateurs ou aux inhibiteurs

-Sous-unités complexes et variables

-Le cœur s’enroule partiellement autour de l’ARN pol II

-Rôle dans la régulation de l’activité kinase de TFIIH
-Alors rôle dans la transition entre initiation et élongation

-Peut aussi lui même phosphoryler le CTD de l’ARN pol II mais il peut aussi réguler la capacité du TFIIH à phosphoryler le CTD

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facteurs de transcription de l'ARN polymérase (euc)

fig 12.15

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ARN Pol II, terminaison de la transcription (euc)

-Pré-RNAm sont modifiées par un clivage près de leur bout 3’ avec un attachement d’une série d’ad.nines

-Transcription se termine 500 à 2000 nucléotides après le signal poly A (poly-adénylation)

-Il y a 2 modèles pour la terminaison
-Plus de recherche est nécessaire pour déterminer si l’un ou l’autre ou les 2 sont correctes
-Jusqu’à présent la recherche montre que les 2 peuvent fonctionnés

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Mécanismes Possibles de la terminaison de la transcription par la Pol II

fig 12.16

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Modification de l’ARN procaryotes vs eucaryotes

Procaryotes
-Colinéarité
-Séquence d’ADN dans le
brin codant correspond à la
séquence de nucléotides
dans l’ARNm, ce qui
corréspond à la séquence
d’acides aminées dans le
polypeptide

Eucaryotes
-Pas toujours colinéaire

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Modification de l’ARN eucaryote - gènes structuraux et ARNr + ARNt

Gènes structuraux
-Contiennent exons et introns
-Epissage
-Excision des introns
-Ligature des exons
-Maturation
-Ajout de queue poly-adénine
-Ajout de la coiffe 5’
RNAr et RNAt
-Tailler modifiée fig 12.17 (rafraichir mémoir)
-Gènes non-structuraux exp. ARNt, ARNr, sont transcrit en longs brins d’ARN et coupées en sections fonctionnelles
fig 12.18

-« S » qui vient après le numéros  la vitesse de sédimentation , unité de Svedberg

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Clivage du précurseur d'ARNt

fig 12.19
-Les ARNt sont fait sous forme de grand préurseurs et ils doivent être cassées aux bouts 3’ et 5’ pour produire un ARNt mature (ARNt fonctionnel)

-Les ARNt sont cassés par des endonucléases et des exonucléases

-Le clivage a lieu de manière différemte au bout 5’ et 3’

-La Rnase P est une endonucléase qui coupe à un endroit pour créer le bout 5’ de l’ARNt

-Au bout 3’, une autre endonucléase fait une coupure qui enlève un segment de 170 nucléotides

-L’exonucléase RnaseD enlève 9 nucléotides au bout 3’

-Pour la plupart des ARNt, la séquences CCA au bout 3’ est ajoutée par l’ARNt nucléotidyl-transferase

-En plus comme montré sur le schéma plusieurs bases sont modifiées en d’autres bases

-Un processus similaire a lieu pour l’ARNt des eucaryotes

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Epissage

3 mécanismes différents d’épissage :
-Group I: épissage des introns
-Group II: épissage des introns
-Splicéosome

Les 3 scénarios impliquent :
-Élimination des introns
-Liaison des exons par des liaisons phosphodiesters

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Epissage - introns groupe I et II

Figure 12.20
Group I et II font l’autoepissage; nécessite pas l’intervention d’un catalyseur, l’ARN qui va être épissé fait son propre épissage (ribozyme)

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Epissage - splicéosome

-Chez les eucaryotes, la transcription des gènes structuraux produit un transcrit connu par : pré-RNAm

-Cet ARN est altéré par un épissage et par d’autres modifications avant de quitter le noyau.

-L’épissage dans ce cas là nécessite un spliceosome

-Séquence consensus (séquences de reconnaissance) pour que le splicéosome puissent s’attaché
fig 12.21

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L’épissage de la Pré-RNAm

Le spliceosome est un grand complexe, composé de plusieurs sous-unités appellées (prononcés “snurps”)
-Chaque snRNP contient des small nuclear RNA et un ensemble de protéines

-Le spliceosome a plusieurs fonctions:
-Se lie spéfiquement à l’intron et reconnaît la limite exacte ente exon et intron
-Garde le pré-ARNm dans la bonne configuration
-Catalyse la réaction chimique qui enlève l’intron et lie les exons

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Les séquences consensus pour l'épiage

-Les Introns sont définis par des séquences particulières dans l’intron et entre l’intron et l’exon

-Les séquences consensus pour l’epissage chez les mammifères sont montrées dans la fig 12.22

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L’épissage du pré-ARNm

1) La snrp U1 se lie au bout 5’ du site de l’epissage

2) U2 se lie au site de branchement

3) Suivie par les liaisons de 3 snrps: dimère U4/U6 et U5

4) L’intron forme une loupe ce qui ramène les exons ensemble (proches)

5) Le site d’épissage en 5’ est coupé et le bout 5’ de l’intron devient attaché de façon covalente au groupe 2’-OH d’une adénine spécifique du site de branchement

6) U1 et U4 sont libérés

7) Le site de l’épissage en 3’ est coupé et les exons sont attachés de façon covalente l’un à l’autre

8) Les 3 snrps: U2, U5, U6 restent attachés à l’intron qui est sous forme de lassaut (lasso)

9) Éventuellement l’intron est dégradé et les snrps sont utilisés encore pour épisser d’autres pré-ARNm

-Il y a des évideces que certaines snrp dans le spliceosome jouent un rôle catalytique dans l’enlèvement des introns et la cpnnexion des exons. En d’autres termes, les snrps peuvent fonctionner comme des ribozymes

-Certains chercheurs ont spéculés que les molec d’ARN dans U2 et U6 ont peut être des fonctions

-Avantage de l’epissage: l’episage alternatif
fig 12.23

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Capping: ajout de la coiffe

Coiffe = 7-méthyl guanosine attaché par liaison covalente au bout 5’

Se fait pendant que le pré-ARN se fait synthétisée par ARN polymérase II
-Habituellement vers – 20 à 25 pb de long

La coiffe est reconnu par Cap-binding protein qui jouent un rôle:
-Le transfert de certains ARN au cytoplasme
-Les premières étapes de la traduction
-L’épissage des introns

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Capping - mécanisme

Le nucléotide au bout 5’ du transcrit a 3 phosphates
a) Un enz appelée ARN 5’-triphosphatase enlève un des phosphates
b) Un 2e enz: guanylyltransférase, hydrolyse le guanosine 3P (GTP) pour attacher la guanosine monophosphate (GMP) au bout 5’
c) Finalement une méthyltransférase attache un groupement méthyl à un azote à la position 7 de la base guanine
fig 12.24

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Ajout de la queue poly-A

Séquence n’est pas retrouvée dans le gène

Ajout enzymatique après la transcription

Longueur varie entre espèces

Semble aider à stabiliser l’ARN

Rôle dans la traduction
fig 12.25

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Polyadénylation

Fig 12-25 ; polyadénylation

Pour avoir une queue polyA, le pré-ARNm contient une séquence signal de polyadénylation près du bout 3’. Chez les mammifères la séquence consensus est le AAUAAA

Une endonucléase reconnait la séquence signal et coupe le pré-ARNm à une location qui se trouve environ 20 nucléotides au delà du bout 3’ de la séquence consensus

Le fragment au delà de 3’ est dégradé

Ensuite, une enzyme connue comme la polymérase-polyA attache plusieurs nucléotides contenant de l’adénine

La longueur de la queue varie selon les espèces: le max. est 250 nucléotides

Certaines bactéries ont aussi une polyadénylation, cependant cette dernière sert à orienter la bactérie vers une structure appelée le dégradosome où elle va être dégradée