Régulation de la transcription chez les eucaryotes

Question 1

Quelle est l’étape la plus régulée de transcription chez les eucaryotes?

Answer 1

L’initiation.

Question 2

Vrai ou faux? La macheinerie transcriptionnelle chez les procaryotes est plus élaborée que chez les eucaryotes.

Answer 2

Faux. Le contraire.

Question 3

La transcription par la polymérase II est régulée par quoi?

Answer 3

Par des activateurs et répresseurs qui sont des protéines qui lient ADN qui facilitent ou empêchent initiation transcription de gènes spécifiques en réponse à signaux appropriés. L’action de ces protéines est complexifiées par des caractéristiques additionnelles.

Question 4

Quel est le problème de la présence des nucléosome dans la régulation de la pol II?

Answer 4

La machinerie transcriptionnelle est présentée à un substrat partiellement masqué. Cela réduit l’expression de nombreux gènes en absence protéines régulatrices. Ce problème est absent chez les bactéries mais offre des possibilités additionnelles de régulation.

Question 5

Chez les eucaryotes comment caractériser les sites de liaisons?

Answer 5

Sites (régions cis) sont souvent plus nombreux et plus éloignés que chez les bactéries.

Question 6

Quels sont les différents sites de liaisons?

Answer 6

Promoteur : région du gène où se fixe la machinerie transcriptionnelle
Sites de liaison régulateurs : sites individuels où se lient des régulateurs (trans)
Séquences régulatrices : tronçons d’ADN contenant l’ensemble des sites liaison pour un gène

Question 7

Les séquences régulatrices peuvent s’étendre sur quelle distance?

Answer 7

Peuvent s’étendre sur 1000 nucléotides en amont ou en aval promoteur.

Question 8

Que sont des enhancers?

Answer 8

Ce sont plusieurs sites activateurs regroupés en une seule unité. Parfois éloignés des gènes qu’ils contrôlent de plusieurs Kb (allant jusqu’à 50 Kb). Dans ces « actions à distance », l’intervention boucles d’ADN facilite l’interaction entre les protéines.

Question 9

L’activation à distance par les enhancers soulèvent un problème. Quel est-il? Quelle est la solution?

Answer 9

L’activateur lié à enhancer peut contrôler plusieurs gènes à sa portée alors qu’il devrait en contrôler un seul.
Il requiert donc d’autres séquences régulatrices : désignées isolateurs ou éléments frontières (peu connus) situées entre enhancers et promoteurs. Ces éléments bloquent l’activation du promoteur induite par activateurs liés à enhancer garantissent que les activateurs ne fonctionnent pas aveuglément (seulement sur les gènes qu’ils doivent contrôler.

Question 10

Pourquoi n’est-il pas étonnant que la plupart des caractéristiques de la régulation génique soient les mêmes chez tous eucaryotes?

Answer 10

Car ils ont tous une machinerie transcriptionnelle élaborée, des nucléosomes et des modificateurs.

Question 11

Qu’est-ce qu’on peut dire sur la levure concernant son accessibilité?

Answer 11

C’est l’organisme le plus accessible à des combinaisons de dissection génétique et biochimique. Une grande partie des informations sur le fonctionnement des activateurs ainsi que sur les répresseurs vient de la levure.

Question 12

Quel est l’activateur eucaryote le plus étudié? Comment fonctionne-t-il?

Answer 12

C’est le Gal4. Il active la transcription des gènes galactose chez S. cerevisiae.

Gal4 lie 4 sites situés 275 pb en amont de GAL1.

En présence de galactose, Gal4 active transcription GAL1 +1000 fois

Question 13

Qu’est-ce que le domaine de liaison à l’ADN?

Answer 13

C’est un motif protéique qui est capable de lier à l’ADN double ou simple brin avec une affinité pour une séquence nucléotidique spécifique, ou une affinité relative à l’ADN.

Question 14

Quelles sont les 2 expériences qui ont révélé les domaines de liaisons et d’activation Gal4? Qu’est-ce cela a montré?

Answer 14

1. Expression du fragment du gène GAL4 codant premier 1/3 N-terminal de l’activateur (on a juste le 1/3 N-terminal de Gal4). Cela produit protéine qui lie ADN mais n’active pas transcription. Elle se lie au domaine de liaison de l’ADN (DLA).
2. Un gène hybride est construit codant les 3⁄4 C-terminaux de Gal4 (domaine d’activation de Gal4) fusionnés au DLA du répresseur bactérien LexA. Cela a formé une protéine de fusion qui active la transcription d’un gène rapporteur (lacZ) portant sites de liaison LexA en amont promoteur GAL1 = domaine d’activation.

Ces expériences ont démontrées que l’activation n’est pas induite seulement par liaison à ADN par le DLA. Donc, qu’il n’y a pas de différence fondamentale dans façon dont DLA lient ADN et reconnaissent leurs sites.

DLA permet simplement de cibler la région activatrice de la protéine sur le promoteur

Beaucoup d’autres activateurs eucaryotes ont été étudiés par cette approche

Il a été démontré que DLA et domaine d’activation sont distincts

Séparation des DLA et domaine d’activation des activateurs eucaryotes = base d’un test très utilisé pour détecter des interactions protéines-protéines.

Cela montre qu’un DLA bactérien peut remplacer un DLA eucaryote.

Question 15

Les régulaterus bactériens adoptent quelle configuration? Les protéines régulatrices bactériennes utilisent quel motif en général?

Answer 15

La plupart des régulateurs bactériens lient ADN sous forme de dimères. Chaque monomère insère l’hélice α dans > sillon ADN sur une moitié du site et détecte les arêtes des paires de bases à cet endroit.

Grande majorité protéines régulatrices bactériennes utilisent motif hélice-coude-hélice comme DLA.

Question 16

Comment caractériser le motif hélice-coude-hélice?

Answer 16

Le motif HCH est le premier DLA à être caractérisé.

2 hélices α séparées par coude court

La 1ère hélice est une hélice de reconnaissance qui s’insère dans le > sillon et reconnaît des pb spécifiques

La 2ème hélice crée des contacts avec le squelette d’ADN pour stabiliser le facteur de transcription sur son site.

Plusieurs régulateurs eucaryotes lient sous forme hétérodimères (AP-1) et parfois monomères (NF-I)

Question 17

Quelles sont les caractéristiques des protéines à homéodomaine?

Answer 17

Homéodomaine : classe de DLA de type hélice-coude-hélice (HCH)

Il est similaire à celui initialement défini chez bactéries mais identifié chez les eucaryotes (drosophile) dans plusieurs protéines dont la fonction est de contrôler l’embryogenèse chez la drosophile.

Contiennent une région de 60 AA très conservés qui consititue l’homéodomaine (HD) et dont la structure tridimensionnelle est de type HCH.

Depuis, plusieurs protéines régulatrices possédant ce domaine ont été identifiées chez la levure et les mammifères.

La séquence consensus reconnue dans l’ADN par les protéines contenant ce motif est TAATNN.

Les protéines contenant un homéodomaine peuvent être soit des activateurs ou des répresseurs de la transcription génique. Cette fonction est dictée par l’homéodomaine.

Plusieurs protéines à homéodomaine lient ADN sous forme de dimères

Question 18

Quelles sont les caractéristiques du domaine en doigt de Zinc? Quel est le rôle du Zinc?

Answer 18

Existe diverses formes de DLA contenant un ou plusieurs atomes de Zn.

Protéines à doigts de zinc est le plus commun des DLA.

Initialement identifié chez TFIIIA

Constitué ≈ 30 AA parmi lesquels se trouvent 2 résidus cystéine + 2 résidus histidine qui stabilisent le domaine en interagissant avec une molécule de zinc Zn2+.

Atome de Zn possède un rôle structurel important, il est essentiel à l’activité de ce domaine.

La région d’environ 12 AA entre les paires cystéine-histidine sont invariables et se caractérisent par la présence de résidus basiques ainsi que quelques résidus hydrophobes.

Cette structure de 30 AA se replie pour former 2 barreaux β antiparallèles suivis d’une hélice α.

Un atome de Zn permet de reconnaître 3 nucléotides dans le grand sillon.

Question 19

Quelles sont les caractéristiques de Sp1?

Answer 19

TF Sp1 TF possède 3 structures en doigts de Zn consécutives.

Question 20

Il existe d’autres DLA qui utilisent le Zn quand celui-ci est coordonnée par 4 résidus cystéines. Quelles sont ses caractéristiques? Donnez un exemple.

Answer 20

Zn est coordonné par 4 résidus cystéines qui stabilisent un motif liaison ADN un peu différent, ressemblant au motif HCH.

Récepteur glucocorticoïdes : 8 cystéines pouvant lier 2 atomes de zinc

Question 21

Quelles sont les caractéristiques de la fermeture à glissière de leucines?

Answer 21

Motif qui combine des surfaces de dimérisation et de liaison à l’ADN dans même unité structurale.

Caractérise par une région conservée ≈ 30 AAs possédant charge globale nettement (+) suivie par une région contenant 4 leucine séparées par des intervalles de 7 résidus qui sont essentiels à la dimérisation de la protéine ainsi que la capacité à lier l’ADN

Dans ce modèle, la dimérisation comparée à fermeture éclair où leucines remplacent dents de fermeture (d’où le nom “fermeture leucine”).

Chaque hélice α insère 1⁄2 tour dans grand sillon

La dimérisation est induite par un autre segment de cette hélice

Les deux hélices restent associées par des interactions hydrophobes entre les résidus leucines.

Ce motif forme souvent des homo- ou hétéro-dimères. Deux protéines avec ce motif forment une structure de type «coiled-coil».

Question 22

Comment caractériser le motif hélice-boucle-hélice?

Answer 22

Les protéines contenant ce motif forment des hétéro ou des homodimères. La grande région de hélice α de chacun des 2 monomères s’insère dans grand sillon ADN.

La surface de dimérisation formée de 2 régions en hélice :

1. Une partie de l’hélice de reconnaissance de ADN
2. Hélice α plus courte

Les 2 hélices sont séparées par une boucle flexible

Ce modèle présente une forte similarité avec le motif fermeture-leucine

Il possède une région basique essentielle à liaison à l’ADN et une région permettant la dimérisation.

Cependant, ces 2 classes se distinguent par la structure de leur domaine de dimérisation

Les protéines de cette famille sont impliquées dans diverses fonctions cellulaires, dont la différentiation cellulaire (MyoD), la stabilité des chromosomes (CBF1/CPF1), la régulation de l’expression (CUTE, E12, E47, PHO4), et le contrôle de la prolifération cellulaire (myc).

Site de reconnaissance dans ADN est généralement composé de 12 paires de bases inversées répétées (dimère)

Région conservée est désignée sous le terme de “boîte E” (E box) possède la séquence: CAXXGT.

Question 23

Quelles sont les caractéristiques du domaine d’activation?

Answer 23

Contrairement aux DLA, les régions activatrices ne possèdent pas de structures définies

À l’occasion, elles forment des structures en hélice probablement induites par la liaison à ADN

L’absence de structure est en accord avec le fait que régions activatrices sont des surfaces « adhérentes » capable d’interagir avec plusieurs surfaces protéiques.

Région activatrice de Gal4 est appelée région activatrice « acide » en raison de la prépondérance d’AA acides

Il est suggéré que les régions activatrices seraient composées de petites unités (courte séquences d’AAs) réitérées, chacune ayant une faible capacité activatrice par elle-même

Il existe d’autres sortes de régions activatrices sans structure définie. Par exemple, les régions riches en glutamine (activateur FT Sp1) et les régions riches en proline (activateur FT CTF1).

Alors que régions activatrices acides sont fortes et fonctionnent dans tous organismes eucaryotes

Autres régions activatrices sont plus faibles et fonctionnent de façon moins universelle.

Question 24

Quelle est la différence entre les activateurs chez les bactéries et chez les eucaryotes?

Answer 24

Chez les bactéries, l’activateur stimule la transcription en liant l’ADN par une surface et interagit avec l’ARN polymérase par une autre face. Les activateurs eucaryotes agissent aussi à peu près de cette façon.

Pour un Activateur, il est rare qu’il établisse une interaction directe avec ARN Pol. Il recrute la polymérase indirectement.

Les activateurs peuvent recruter des modificateurs du nucléosome qui modifient chromatine à proximité d’un gène qui aident à l’initiation.

Les activateurs peuvent recruter des facteurs nécessaires à l’initiation ou l’élongation par la polymérase. Ils sont donc simplement des ‘recruteur’ de protéines sur le promoteur. Beaucoup de ces protéines appartiennent à des complexes préformés : Médiateur et TFIID.

Les activateurs interagissent avec un ou plusieurs de ces complexes et les recrutent sur les gènes.

Les activateurs agissent à distance.

Ex : une région acide typique d’un activateur peut interagir avec des composants du médiateur et avec sous-unités TFIID

Question 25

Le recrutement de modificateurs de nucléosome à l’aide des activateurs peut aider à quoi? Quels sont les deux types de modificateurs?

Answer 25

Le recrutement de modificateurs de nucléosome peut aider à activer un gène empaqueté dans chromatine.

1. Ceux qui ajoutent des groupements chimiques sur les queues histones, comme acétyltransférases des histones (HAT) qui ajoutent des acétyles.
2. Ceux qui déplacent (« remodèlent ») les nucléosomes, comme SWI/SNF à activité ATP- dépendante.

Les deux desserent l’ADN ce qui découvre les sites d’ADN qui seraient inaccessibles dans les nucléosomes.

Question 26

Quels sont les effets des modifications sur les queues des histones?

Answer 26

L’ajout de groupements acétyles sur les queues d’histones modifie les interactions entre ces histones et les nucléosomes adjacents. Cela va « desserrer » la structure de la chromatine et découvrir des sites inaccessibles autrement.

L’acétylation aide aussi la liaison de machinerie transcriptionnelle par un autre moyen, elle crée des sites de liaison spécifiques sur les nucléosomes pour les protéines contenant des bromodomaines.

Un des composants de TFIID contient des bromodomaines, donc il se fixe mieux aux nucléosomes acétylés.

Question 27

Vrai ou faux? Les besoins des gènes ne sont pas tous les mêmes. Expliquez.

Answer 27

Vrai. Alors que tous les gènes nécessitent une ARN polymérase, un gène donné peut dépendre ou non d’un autre composant particulier de machinerie transcriptionnelle ou d’un modificateur du nucléosome. Les besoins pour l’activation d’un gène peuvent varier selon les circonstances.

Question 28

Chez la levure, il est démontré qu’il existe des interactions cible-activateur particulières pour des gènes spécifiques. Expliquez.

Answer 28

Gal4 semble interagir avec 3 composants :

• Le médiateur
• SAGA : présente une activité d’acétylation et est capable d’interagir avec la machinerie transcriptionnelle comme TFIID. SAGA contient des TAF nécessaires pour certains promoteurs en remplacement de TFIID
• TFIID

Capacité d’un activateur acide comme Gal4 à fonctionner sur des gènes avec différents besoin peut s’expliquer par sa capacité à interagir avec de nombreuses cibles différentes.

Question 29

Comment expliquer le modèle d’action de SAGA comme coactivateur de Gal4?

Answer 29

Lorsque Gal4 est lié à la séquence cible par son DLA, son domaine d’activation est bloqué par Gal80.

Lorsqu’il y a présence de galactose, cela active l’expression de Gal3 qui modifie le complexe Gal80/Gal4. Le domaine d’activation de Gal4 devient ainsi accessible.

Il va recruter SAGA qui lui recrute TBP à la boîte TATA et qui active la transcription de Gal1.

Question 30

Les activateurs recrutent un facteur supplémentaire nécessaire à une initiation ou à une élongation efficace sur certains promoteurs. Pourquoi?

Answer 30

Séquences en aval engendrent pause ou décrochage de la polymérase juste après initiation

Présence ou absence de certains facteurs d’élongation joue sur niveau d’expression de ces gènes.

Question 31

Quelles sont les caractéristiques du gène HSP70 de la drosophile?

Answer 31

C’est un gène activé par choc thermique et contrôlé par 2 activateurs : GAF-1 et HSF

GAF-1 se lie à GATA et est censé recruter des composants de machinerie transcriptionnelle

Cependant, en absence du second activateur (HSF), la polymérase qui a initié transcription s’arrête 25 pb en aval du promoteur.

Durant un choc thermique : HSF lie des sites spécifiques du promoteur et recrute protéine kinase P-TEF (positive transcription élongation factor) sur la machinerie arrêtée.

P-TEF phosphoryle CTD de l’ARN polymérase et libère l’enzyme de sa niche et permet la transcription du gène.

Ce n’est probablement que pour certains gènes (tel HSP70) que le recrutement de la machinerie est partitionné entre des régulateurs.

Question 32

Qu’est-ce que IHF? Quel est son rôle?

Answer 32

Nombreux activateurs eucaryotes agissent à distance

Chez la bactérie, un de ces mécanismes implique la protéine architecturale IHF (intégration host factor) qui lie des sites d’ADN en courbant ce dernier.

En courbant l’ADN, IHF aide l’activateur lié à l’ADN à atteindre l’ARN polymérase sur le promoteur.

Question 33

Quelles sont les caractéristiques du gène cut et de la proteine chip chez la drosophile?

Answer 33

Chez la drosophie, le gène cut est activé à partir de l’enhancer situé à 100 kb. La protéine Chip aide à la communication entre enhancer et le gène. On ne connaît toujours pas comment Chip fonctionne mais un modèle propose qu’elle lie de multiples sites d’ADN entre l’enhancer et le promoteur et, en interagissant avec elle-même, forme des miniboucles sur l’ADN. Ainsi, des sites éloignés par de nombreuses paires de bases ne devraient pas, dans les faits, être aussi éloignés dans la cellule que l’on pourrait le croire.

Question 34

Si un enhancer active un gène spécifique situé à 50kb, qu’est-ce qui l’empêche d’activer d’autres gènes dont les promoteurs sont situés dans ce rayon d’action de l’enhancer?

Answer 34

Des éléments désignés isolateurs contrôlent les actions des activateurs.

Question 35

Comment les isolateurs fonctionnent-ils?

Answer 35

Lorsqu’il est présent entre un enhancer et un promoteur, l’isolateur inhibe l’activation du gène induite par l’activateur.

Il n’inhibe pas l’activation du gène régulé par un autre enhancer placé en aval du promoteur.
Il n’inhibe pas non plus l’activateur d’origine qui agit sur un gène différent

Ainsi, les protéines qui lient les isolateurs ne répriment pas activement le promoteur ni les activités des activateurs. Ils bloquent plutôt la communication entre-eux.

Question 36

Quel est le principe de l’extinction transcriptionnelle?

Answer 36

C’est la forme spécialisée de répression résultant de certaines modifications des histones pouvant s’étendre le long de la chromatine et éteindre l’expression de multiples gènes sans le recours à des sites de liaison de répresseurs spécifiques. Les Isolateurs peuvent bloquer cette diffusion et ainsi protéger les gènes d’activation et de répression aveugle.

Question 37

Expliquez le fonctionnement des isolateurs et enhancer des gènes apolipoprotéines (APOs) humaines.

Answer 37

Les gènes APO (APOA1, C3, A4, A5) sur le chromosome sont exprimés au niveau du foie et de l’intestin. Ils sont essentiels au métabolisme ainsi qu’à la redistribution de lipoprotéines et de lipides.

APOA1, APOAR et APOA5 sont des constituants prédominants de HDL.

En association avec la cohésine, CTCF se lie aux isolateurs AC2 et AC3, ce qui permet la formation de bouc’es qui rapproche l’enhancer (C3E) des promoteurs (C3, A4, A5). Cela bloque la fonction des enhancers et peut réprimer la transription.

Question 38

Expliquez le principe de régulation par les loci LCR des gènes globine chez l’humain.

Answer 38

Gènes de la globine humaine sont exprimés dans les globules rouges adultes et dans les précurseurs des globules rouges durant le développement. Il existe 5 gènes différents de la globine-ß chez homme.

Biens que regroupés, ces gènes ne sont pas tous exprimés au même moment. Ils sont plutôt exprimés à différentes étapes du développement (ordre d’expression : ε, γG, γA, δ et β).

Chaque gène possède sa propre collection de sites régulateurs nécessaires à son expression au bon moment et dans le bon tissu au cours du développement.

Un groupe d’éléments régulateurs collectivement appelés les régions de contrôle d’un locus (LCR) est situé à 30kb à 50kb en amont du groupe de gènes de globine.

Le LCR est constitué de multiples éléments de séquence dont certains ont propriétés enhancer et d’autres agissent plus comme des éléments isolateurs ou ont des propriétés de promoteurs.

Un modèle propose que la machinerie transcriptionnelle entière est recrutée au LCR et à partir de là, transcrit tout au long du locus, ouvrant la chromatine au fur et à mesure de son avancée et libérant les éléments de contrôle locaux devant le gène.

Les protéines régulatrices liées à des éléments de séquences en amont sont situées à proximité du promoteur activé.

En accord avec le fait que protéines liées à LCR interagissent avec d’autres protéines liées sur le promoteur grâce à intervention de boucles d’ADN qui favorisent l’interaction.

Question 39

L’action de multiples activateurs devant fonctionner ensemble se fait souvent de façon synergique. Expliquez le processus.

Answer 39

L’effet de 2 activateurs agissant ensemble est plus grand que la somme de chacun agissant seul

La synergie peut résulter :

1. De multiples activateurs recrutant un seul composant de machinerie transcriptionnelle
2. De multiples activateurs recrutant chacun un composant différent
3. De multiples activateurs s’entraidant pour lier leurs sites à proximité du gène qu’ils contrôlent

Deux activateurs peuvent recruter un seul complexe (par ex. Médiateur) en touchant différentes parties de celui-ci.

La synergie peut également résulter d’activateurs qui s’entraident pour lier l’ADN dans des conditions où la liaison de l’un dépend de la liaison de l’autre. Dans ce cas, cela est appelé coopérativité.

Question 40

Donnez l’exemple du répresseur λ pour une action synergique coopérative.

Answer 40

Les monomères λ forment des dimères, des tétramères ce qui augmente leur force de liaison aux sites opétateurs λ.

Un activateur peut recruter quelque chose qui aide la liaison du second activateur. La synergie est cruciale pour intégration du signal par les activateurs. Considérons un gène dont le produit n’est nécessaire que lorsque 2 signaux sont reçus. Chaque signal est communiqué au gène par un activateur distinct. Le gène est exprimé efficacement quand les 2 activateurs sont présents mais ne répond pratiquement pas à l’action de chaque activateur agissant seul.

Question 41

Comment expliquer les 4 types de liaisons coopératives?

Answer 41

La liaison d’une protéine à son site (ADN): peut faciliter liaison d’une autre protéine à proximité de 4 façons (directes ou indirectes).

1. Liaison coopérative via une interaction directe entre 2 protéines. C’est le complexe qui va reconnaître une séquence.
2. 2 protéines peuvent directement en recruter une troisième.
3. La liaison d’une protéine sur son site entraîne la décompaction de l’ADN, ainsi la deuxième protéine peut se lier à son site.
4. La liaison d’une protéine à son site entraîne la liaison d’un modificateur qui modifie la strucutre de l’ADN et permet ainsi la liaison d’une deuxième protéine.

Question 42

La coopérativité est cruciale pour intégration du signal par les activateurs. Donnez l’exemple du gène HO.

Answer 42

Levure S. cerevisiae se divise par bourgeonnement.

Le gène HO n’est exprimé que dans les cellules mères et seulement à certains moments du cycle cellulaire

Ces 2 conditions sont communiquées au gène via 2 activateurs : Swi5 et SBF

Swi5 lie plusieurs sites à une certaine distance du gène (+>1kb)

SBF lie également des sites multiples mais situés plus près du promoteur

SBF ne peut lier ses sites sans aide, en effet, leur disposition au sein de la chromatine l’interdit

Swi5 (Ø mère-spécifique) peut lier ses sites sans aide mais ne peut pas, à cette distance, activer le gène HO

Swi5 peut cependant recruter des modificateurs de nucléosome (histone acétyltransférase et enzyme de remodelage SWI/SNF) : qui agissent sur les nucléosomes au niveau des sites SBF

Ainsi, si les 2 activateurs sont présents et actifs, l’action de Swi5 permet la liaison de SBF qui en retour recrute la machinerie transcriptionnelle par liaison directe avec un Médiateur. Cela active expression du gène.

Question 43

Quelles sont les caractéristiques de l’interféron-β humain?

Answer 43

Gène humain de interféron-β est activé dans les cellules sous infection virale. Son infection cible 3 activateurs : NF-kB, IRF et Jun/ATF.

Les 3 activateurs lient de façon coopérative des sites compactés au sein d’un enhancer situé à ≈1 kb en amont du promoteur.

Les activateurs lient l’enhancer de manière très coopérative pour former structure désignée «enhanceosome ».

Les activateurs recrutent alors coactivateur : CBP (CREB-binding protein) ou son proche homologue p300.

CBP possède des activités modificatrices d’histone (acétyltransférase) et peut recruter SWI/SNF.

Une autre protéine lie également l’enhancer : HMGA1. Elle lie dans < sillon sur la face opposée de l’ADN et aide à l’assemblage de l’enhanceosome même si elle ne fait pas partie de la structure finale.

L’enhancer ADN est courbé, mais une fois les activateurs liés il devient droit : HMGA1 redresse ADN et aide la structure finale à se former.

Question 44

Quelle est la caractéristique frappante de l’enhanceosome? Qu’est-ce que cela explique?

Answer 44

Chaque paire de bases de l’ADN au sein de l’enhancer est impliquée dans la liaison de l’activateur.

Cela explique pourquoi HMGA1 ne peut s’y lier, car manque de place pour lui dans structure finale.

Cette utilisation exhaustive de l’information dans la séquence de l’enhancer explique pourquoi l’enhancer est si fortement conservé d’un organisme à un autre.

Question 45

Quelles sont les 3 voies qui permettent la liaison coopérative des régulateurs à l’enhancer?

Answer 45

1. Via interactions protéine-protéine directement entre eux
2. Par changements dans ADN, induits par liaison d’une protéine, qui aident la liaison d’une autre protéine
3. Par le fait que les activateurs interagissent tous simultanément avec le coactivateur CBP

Question 46

Quels sont les différents contrôles combinatoires chez les eucaryotes?

Answer 46

Chez les eucaryotes, il existe des contrôles combinatoires plus vastes que chez bactéries.

Cas générique : le gène A est contrôlé par 4 signaux (1-4) chacun fonctionnant via un activateur indépendant (activateurs 1-4).

Gène B est contrôlé par 3 signaux (3-5-6) fonctionnant via les activateurs 3, 5 et 6

Il existe un signal commun entre 2 gènes, le signal 3.

Le contrôle combinatoire implique beaucoup plus de régulateurs et plus de gènes que dans cet exemple.

Comment ces régulateurs peuvent s’interchanger dans une si grande promiscuité? De multiples activateurs agissent en synergie.

Un activateur donné peut interagir avec de multiples cibles

Les exemples des gène HO et interféron-β : impliquent des activateurs qui régulent également d’autres gènes.

Ex: NFkB régule non seulement gène interféron-β mais nombreux autres gènes (gènes des chaines légères des immunoglobulines)

Question 47

Comment fonctionnent les répresseurs eucaryotes?

Answer 47

Comme les activateurs, les répresseurs peuvent recruter des modificateurs du nucléosome, mais, dans ce cas, les enzymes recrutées ont des effets opposés aux effets des enzymes recrutées par les activateurs.

Elles compactent la chromatine ou enlèvent des groupements reconnus par la machinerie transcriptionnelle. Ex. : les histones déacétylases répriment la transcription en enlevant des groupements acétyle de queue des histones. D’autres enzymes ajoutent groupements méthyle sur queues histones, ce qui réprime fréquemment la transcription.

Question 48

Quels sont les 4 mécanismes des répresseurs eucaryotes?

Answer 48

1. Compétition : si le répresseur est lié à son site, il bloque le site de l’activateur. C’est donc le ration répresseur/activateur qui va déterminer si le gène est réprimé ou activé.
2. Répression directe : le répresseur intérsgit directement avec la polymérase et la retient.
3. L’inhibition : le répresseur et l’activateur peuvent tous les deux se lier à leurs sites respectifs, mais le répresseur masque le domaine d’activation sur l’activateur.
4. Répression indirecte : histone désacétylas enlève les groupement acétyl sur les queues d’histones et donc recompacte l’ADN.

Question 49

Comment expliquer la répression du gène de levure Gal1?

Answer 49

Le gène GAL1contient un site (entre site Gal4 et promoteur) auquel s’accroche Mig1.

En présence de glucose, Mig1 se lie et réprime la transcription de GAL1. Mig1 réprime GAL1 en recrutant un « complexe de répression » contenant la protéine Tup1.

Deux modèles retenus pour expliquer répression par Tup1 :

1. Tup1 recrute des histone désacétylases qui vont désacétyler à proximité des nucléosomes.
2. Tup1 interagit directement avec la machinerie transcriptionnelle sur le promoteur et inhibe l’initiation.

Question 50

L’expression d’un gène est contrôlé par des signaux environnementaux. Comment sont-ils communiqués chez les bactéries et chez les eucaryotes?

Answer 50

Chez les bactéries, des petites molécules telles que des oses (ou sucres) ou protéines relarguées par une cellule et reçues par une autre.

Chez les eucaryotes, la plupart des signaux sont communiqués aux gènes via des voies de transduction du signal.

Question 51

À quoi réfère le terme signal dans la transduction du signal? Comment ce signal est-il transmis chez les eucaryotes?

Answer 51

Le terme « signal » réfère au ligand initiateur lui-même. Il peut aussi référer à l’ « information » puisque cela passe de la détection de ce ligand aux régulateurs qui contrôlent directement les gènes.

Dans une voie de transduction du signal, le ligand initiateur est typiquement détecté par un récepteur de surface cellulaire spécifique. Le ligand lie un domaine extracellulaire du récepteur et cette liaison est communiquée au domaine intra-cellulaire. Le signal est ensuite envoyé au régulateur transcriptionnel souvent via une cascade de protéines kinases. Le domaine extracellulaire communique avec domaine intra-cellullaire via un changement allostérique du récepteur. La liaison du ligand altère la conformation (et donc activité) du domaine intracellulaire. Peut aussi agir en rapprochant 2 ou plusieurs chaines de récepteurs, permettant interactions entre les domaines intracellulaires qui peuvent alors s’activer les uns les autres.

Question 52

Expliquez l’exemple de la voie STAT de la transduction du signal.

Answer 52

Une kinase (Jak) est liée au domaine intracellulaire du récepteur. Il y a activation du récepteur par son ligand ce qui provoque le rapprochement des 2 chaînes du récepteur et induit les kinases de chaque chaine à phosphoryler une séquence particulière du domaine intracellulaire du récepteur opposé.

Ce site phosphorylé est alors reconnu par protéine STAT qui, une fois liée, est phosphorylée elle- même.

STAT dimérise et migre vers le noyau pour lier l’ADN.

Question 53

De quelle façon sont controlés les régulateurs transcriptionels chez les bactéries et chez les eucaryotes?

Answer 53

Chez les bactéries, les changements allostériques qui contrôlent les régulateurs transcriptionnels affectent fréquemment la capacité du régulateur à lier ADN.

Chez les eucaryotes, les régulateurs transcriptionnels ne sont en général pas contrôlés au niveau de,leur liaison à l’ADN (sauf pour certains TFs, dont Sp1). Habituellement, les régulateurs sont plutôt contrôlés d’une des façons suivantes : une région activatrice démasquée et le transport dans le noyau.

Question 54

Comment expliquer la régulation par une région activatrice démasquée? Expliquez à l’aide de l’exemple de Gal1.

Answer 54

Cette régulation peut être dûe à un changement conformationnel de l’activateur lié à ADN, révélant une région activatrice précédemment masquée, ou au relargage d’une protéine liant et masquant une région activatrice.

Gal4 est contrôlé par protéine masquante. En absence de galactose, Gal4 est lié à ses sites en amont du gène GAL1, mais il n’active pas le gène car une autre protéine, Gal80, lie Gal4 et bloque sa région activatrice. Le galactose induit le relargage de Gal80 et active le gène. Dans de nombreux cas, la protéine masquante est elle-même une déacétylase et, de ce fait, réprime le gène.

Question 55

Vrai ou faux? Dans de nombreux cas, la protéine masquante est elle-même une déacétylase et, de ce fait, réprime le gène.

Answer 55

Vrai.

Question 56

Comment expliquer l’inhibition de E2F par Rb?

Answer 56

E2F contrôle les gènes nécessaires à l’entrée en phase S du cycle cellulaire chez les mammifères.

Le répresseur Rb (protéine du rétinoblastome) contrôle l’activité de E2F en le liant et ainsi bloque l’activation des gènes cibles en recrutant une désacétylase.

La phosphorylation de Rb l’empêche de lier E2F. Sa phosphorylation contrôle ainsi la prolifération cellulaire.

Question 57

Comment expliquer la régulation des régulateurs par le transport vers le noyau?

Answer 57

Lorsqu’ils ne sont pas actifs, de nombreux activateurs et répresseurs sont dans le cytoplasme.

Le ligand de signalisation induit leur migration dans le noyau où ils agissent.

Différents scénarios :

1. Le régulateur peut être maintenu dans le cytoplasme par l’interaction avec une protéine inhibitrice ou avec la membrane cellulaire. Le transport dans le noyau en réponse à un signal peut être induit par la protéolyse d’un inhibiteur (Ex. : transctivateur NF-kB).
2. Le régulateur peut être dans conformation pour laquelle une séquence signal nécessaire à son import nucléaire est dissimulée.

Question 58

Comment expliquer l’inhibition de NF-kB par IkB?

Answer 58

Les dimères NFkB sont maintenus inactifs dans le cytoplasme par IkB.

La signalisation par un récepteur active la kinase IKK qui phosphoryle IkB. Une fois IkB marqué, elle est dégradée par voie ubiquitine, ce qui libère NFkB.

Question 59

Comment expliquer que les activateurs peuvent être recrutés par fragments?

Answer 59

L’activateur peut être recruté par fragments, le DLA et la région activatrice peuvent être sur des polypeptides séparés, qui sont recrutés ensemble sur l’ADN pour former l’activateur

D’autres exemples sont + élaborés : récepteur des glucocorticoïdes (GR).

Question 60

Comment expliquer le mécanisme d’action des récepteurs nucléaires?

Answer 60

Si on prend le récepteur des glucocorticoïdes.

Cette protéine peut aussi bien activer que réprimer la transcription en fonction de la nature et de la disposition de ses sites de liaison à l’ADN.

En absence de son ligand, GR est maintenu dans le cytoplasme via une interaction avec les protéines Hsp90 et HSP70

La liaison au ligand (hormone) fait en sorte que le récepteur est libéré et migre vers noyau

Dans le noyau, GR lie des sites appelés GRE (glucocorticoid responsive élément)

Il existe 2 types de GRE : GRE activateur et GRE répresseur

Lorsque GR lie GRE-négatif, le récepteur adopte conformation lui permettant de lier histone désacétylase

Lorsque GR lie GRE-positif, sa conformation est telle qu’il ne lie pas l’histone désacétylase mais le co-activateur CBP. La liaison de CBP conduit à l’activation du gène à proximité, en partie parce que CBP est lui- même une histone acétylase mais aussi car CBP recrute des composants de machinerie transcriptionnelle.

Les termes « co-activateur » et « co-répresseur » sont souvent utilisés pour des protéines auxiliaires qui ne font pas partie de la machinerie transcriptionnelle et ne constituent pas non plus des régulateurs liant l’ADN.
Ils sont cependant impliqués dans régulation transcriptionnelle (ex : CBP).