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Nom original: cours transcription CEG.pdf
Titre: transcription cours 1+2
Auteur: fdemay

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florence.demay@univ-rennes1.fr

IRSET Inserm 1085
Equipe TREC (transcription, environnement et cancer)
Bat 13 RDC porte 045

MOODLE: darwin

POLYS TP+TD = 2 Euros

Contrôle de l’expression
génétique chez les eucaryotes

1ère partie : la transcription
- Chapitre I : Généralités sur le contrôle de la transcription

Cours de Mme DEMAY

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

Régulation de l’expression génétique:

Tissu spécifique (métazoaires)
Dépendant du stade de développement (métazoaires)
En réponse à des signaux intra ou extra cellulaires
(commun à la plupart des organismes)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

1) Le flux de l’information génétique est contrôlé

Architecture du noyau & structure de la chromatine

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

Maturation des ARNm

ARN non codant
ARN
régulateur

ARN de
structure

ARN codant

capping, adénylation
Épissage
Editing
Empaquatage (RNP) & export

½ vie (dégradation des ARN)

Régulation de la traduction
(initiation, élongation, terminaison)

½ vie des protéines (dégradation)
Régulation de l’activité des protéines
Clivage, Modifications Post-Traductionnelles,
Adressage sub-cellulaire

La formation des ARN se fait grâce à 3 ARN polymérases ADN dépendantes:

ARN pol I

nucléole

ARNr
60% des ARN cellulaire

ARN pol II

nucléoplasme

ARNm
30% des ARN cellulaire

ARN pol III

nucléoplasme

ARNt et ARNr 5S
10% des ARN cellulaire

NB : Les ARN polymérases sont des complexes de plusieurs dizaines de protéines

Complexité des éléments de régulation et des organismes

6000 gènes

300 FT
1 FT/20 gènes
1 UAS
2 ou 3 sites
Pour 1 ou 2 FT

20 000 gènes

14 000 gènes

20 à 25 000
gènes

1000 FT

3000 FT

1 FT/14 gènes

1 FT/8 gènes
Plusieurs Enh
~10 sites
Pour min. 3 FT
+ silencers et
insulateurs

La transcription est régulée de plusieurs façons:

Au niveau de la chromatine:
Régulation Euchromatine vs Hétérochromatine

Régulation globale via des domaines chromosomiques

Au niveau du démarrage de la transcription
Mise en place du CPI

L ’ARN Polymérase de type II
Principes de Fonctionnement
TATA

Décrochage

ARN Pol II

L’Interaction de l’ARN Polymérase avec l’ADN est Instable

L’ARN Polymérase est Incapable d ’Initier la Transcription Seule
L ’Interaction avec l ’ADN du Complexe Contenant l ’ARN Polymérase
doit Etre Stabilisée
Formation d’un complexe d’initiation de la transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
2) Rappels sur l’initiation de la transcription

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-facteurs
TF

ADN
les facteurs de transcription = facteur Trans
reconnaissent des séquences d’ADN précises :
les éléments de réponse= séquences Cis

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 répresseurs (ubiquitaires ou spécifiques)
Cela 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
Principe de la reconnaissance ADN-protéine

3) Les facteurs de transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
Principe de la reconnaissance ADN-protéine

3) Les facteurs de transcription

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

Principe de la reconnaissance ADN-protéine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

Principe de la reconnaissance ADN-protéine

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

4) Les éléments de réponse

Notion de promoteur basal
d’éléments en amont
d’éléments régulateurs
d’enhancer (activateur)
de silencer (répresseur)

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
En amont du gène

Orientation

Distance

Position

4) Les éléments de réponse (leur localisation)
région proximale
du promoteur

Dans les
introns

En aval du
gène

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

4) Les éléments de réponse

Chromosome kissing

Régulation de l’expression des gènes OR dans les neurones olfactifs.
Savarese et al 2006.

Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction

4) Les éléments de réponse

Les éléments de réponse sont transposables

TATA
Élément de
réponse

TATA

Gène 1

Gène 1 inductible

Gène 2

Gène 2 non inductible

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

TATA
Élément de
réponse

Gène 2

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

TATA

Élément donnant une
spécificité tissulaire
(cellules mammaires)

Gène codant pour un
facteur de coagulation

TATA

Promoteur inductible
(produit chimique)

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

TATA
Gène restaurateur

Promoteur
spécifique de la
germination

Gène codant pour une
toxine

Inhibition
Mort des cellules
à la germination

Mise en évidence des séquences régulatrices

Analyse par retard sur gel (EMSA)

Détermination des protéines spécifiques se liant sur la séquence CRE

Le Modèle Initial
d’Activation de la Transcription
Deux élements de contrôle:
Enhancer et Promoteur Proximal
1. Fixation de l ’activateur sur l ’enhancer
2. Aide au recrutement du PIC
3. Chargement du Complexe d’Initiation

Mise en place d’un Modèle
Transcriptionel Universel
L’accessibilité n’est pas un problème
puisque l’ADN n’est pas reconstitué
en chromatine

La chromatine: un environnement restrictif

Problème pour un facteur de transcription, et
à fortiori

pour le complexe multiprotéique

qu’est le CPI:

Accéder à la séquence d’ADN cible…

II – Mode d’action des facteurs de transcription

Deux familles de Coactivateurs
1.

2.

1.

Les Co-Facteurs qui modifient la structure de la chromatine

2.

Les Co-Facteurs qui favorisent le recrutement de l’ARN Polymérase

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
Modification de l’état chromatinien

Linker
histone

H1

Core histones

H2A

H2B
Helix
variable

H3

H4

Conserved

Les histone sont de petites protéines basiques
très conservées au cours de l’évolution.

Insights from structural studies
Structure du nucléosome (Luger et al., 1997)

H3

H4

H2A

H2B

Modifications post-traductionnelles des histones
A quoi servent-elles?

Lysine
acétylation

Lysine
métylation

Arginine
métylation

Sérine
phosphorylation

Lysine
ubiquitylation
Sumoylation

K

K

R

S

K

Ac

Me

Me

P

ub

14-3-3
BrD

ChrD

Le code des histones

Chromatine active/ouverte

N

Me

Ac

K4

K14

Chromatine inactive/fermée

C

P

P

S10

S28

N

C

H3
Ac

N

P

Ac

K9 S10 K14

Me

C

N

Ac

Me Ac

H4

N

R3 K5

C

K9

C

N

K12

C

Hypothèse
Chaque gène porterait une « Etiquette »
d’histones modifiables d’une manière
unique et caractéristique du gène

Gène Prolifération

Gène Différenciation

Gène Apoptose
Etc..

Acétylation des histones

HAT

HDAC

Attraction forte

Attraction faible

Modification réversible (HAT / HDAC)

Le Code des Histones

La partie NH2 terminale des Histones peut être modifiée de manière différente
P

M

P

A

A

M

A

A

P

Chaque Modification Entraîne un Recrutement de co-Activateurs Différents

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

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

Activation par
déphosphorylation


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