Exploitation de la variation du génome

Transcription procaryotes :

un brin d'ADN sera transcrit, de 5' vers 3'

Un gène donnera naissance à plusieurs copie ARN. En fonction du type de gène on aura la synthèse de diffèrent ARN.

Si c’est un gène qui donne naissance à une protéine, on aura un ARNm

Si c’est un gène qui donne naissance ARNr, on aura un ARNr

Si c’est un gène qui donne naissance ARNt, on aura ARNt

Gène gouverné par des opérons

Du coté 3’ il y a un terminateur, qui présente le signal de fin de transcription,

Le promoteur sera du côté 5’ mais avec la 5’UTR, avant le site +1.

Du coté 3’ on va avoir la 3’UTR

Codon START : (AUG ou UUG ou GUG) : initiation de la traduction

Codon STOP : fin de la traduction

--> INITIATION : L'initiation de la transcription nécessite que la sous-unité ? de l'ARN polymérase se fixe sur l'oligomère ?2??' (appelé "core-enzyme") pour former l'holoenzyme ?2??'?.

Ce complexe se fixe de manière non-spécifique à l'ADN, via la sous-unité ?, et se déplace jusqu'au promoteur situé en amont de la séquence codante entre deux types de séquences appelées respectivement région -35 et "Pribnow box" ou "TATA box" ou région -10.

--> ELONGATION : Après le début de synthèse il y a détachement du facteur sigma, d’autre facteur d’élongation vont interagir avec la polymérase pour avancer.

La polymérase va suivre le chemin et permettra donc l’élongation du transcrit.

Dans la bulle de transcription on a un complexe ternaire, la polymérase le brin d’une matrice et de l’ARN en cours de synthèse. La vitesse de synthèse est de 100 nucléotides par seconde. On a des topoisomérases vont intervenir pour détordre ARN.

Il existe également des mécanismes de régulateur de cette vitesse notamment les séquences transcrites. Si on a dans l’ADN des séquence riches en GC on a plus de liaisons hydrogènes c va donc être plus long.

--> TERMINAISON :

?. La terminaison de la transcription Rho-dépendante

Une courte séquence d'ADN, riches en paires G-C (3 liaisons hydrogènes donc plus fortement liées) suivie de plusieurs U, est transcrite en "épingle à cheveux" ce qui stoppe la progression de l'ARN polymérase.

Une protéine de terminaison appelée Rho (une hélicase ARN-ADN / ATP-dépendante sous forme d'homohexamère) se fixe sur l'ARN et le complexe d'élongation est dissocié. Le brin d'ARN néo-synthétisé est libéré du brin d'ADN matrice.

Le site d'enroulement de l'ARN autour de Rho est une région d'environ 70 nucléotides (jusqu'à 100 nucléotides), riche en cytosine et pauvre en guanine, appelée "rho utilization site" située en amont de la séquence appelée "terminateur".

?. La terminaison de la transcription Rho-indépendante (ou terminaison intrinsèque)

Elle a lieu au niveau d'une séquence répétée inversée (également riche en paires G-C) suivie de 6 A, située après la séquence codante. La transcription de cette séquence inversée aboutit à la formation d'une structure en "épingle à cheveux" dans l'ARN en cours de biosynthèse qui bloque le complexe de transcription.

Transcription Eucaryote :

L'initiation de la transcription chez les Eucaryotes

Elle est plus complexe chez les Eucaryotes car les ARN polymérases ne reconnaissent pas directement leurs séquences promotrices : 5 facteurs de transcription généraux ("Transcription Factor" : TFII-B, TFII-D, TFII-E, TFII-F et TFII-H) doivent d'abord médier la fixation des ARN polymérases et l'initiation de la transcription.

Le complexe complet [ARN polymérase - facteurs de transcription - séquence ADN du promoteur] est appelé complexe de pré-initiation de la transcription.

Ce complexe assure :

le chargement précis de l'ARN polymérase II (Pol II) sur le bon site de démarrage de la transcription

la déshybridation (ouverture) de l'ADN au niveau du promoteur

le relarguage de Pol II du promoteur

La terminaison de la transcription chez les Eucaryotes

Elle s'effectue selon différents processus, qui dépendent de la polymérase employée.

Dans le cas des gènes transcrits par Pol I, la transcription s'arrête avec un facteur de terminaison, via un mécanisme semblable au mécanisme rho-dépendant chez les bactéries (voir ci-dessus).

La transcription des gènes transcrits par Pol II peut continuer sur des centaines, voire des milliers, de nucléotides au-delà de la fin de la séquence codante. Le brin d'ARN est alors coupé par un complexe qui s'associe à la polymérase. Cette coupure, couplée semble-t-il à la terminaison de la transcription s'effectue au niveau d'une séquence consensus. Les ARNm matures transcrits par pol II sont polyadénylés à leur extrémité 3', formant la queue poly(A).

Dans le cas des gènes transcrits par Pol III, la transcription s'arrête après la transcription d'une séquence de terminaison qui contient un segment polyuracile, via un mécanisme semblable au mécanisme rho-indépendant chez les Procaryotes.

Certains ARN des cellules Eucaryotes, en particulier les ARN dits pré-messagers, subissent des modifications post-transcriptionnelles, catalysées par plusieurs enzymes localisées dans le noyau.

l'addition d'une coiffe protectrice à l'extrémité 5'

une poly-adénylation à l'extrémité 3'

un épissage alternatif (excision des parties non codantes appelées introns)

Les facteurs de transcription généraux de l’ARN pol II

3 types de facteurs :

- Interagissent avec ADN au niveau de TATA box

- D’autre interagissent entre eux

- D’autre interagissent avec la polymérase.

Le facteur TBP (TATA box Birding proteine), associé a d’autre protéine qui sont des TAF (entre 8 et 12). Cet ensemble constitue les TF II D

Maturation :

a. une coiffe de 7-méthylguanosine triphosphate est ajoutée à l'extrémité 5' de l'ARN prémessager (CAPPING)

b. une queue poly-A (50 à 250 nucléotides d'adénine) est ajoutée à l'extrémité 3' de l'ARN prémessager (Polyadénylation)

Ces modifications protégent l'ARN messager d'une dégradation trop rapide dans le cytoplasme. (Coiffe 5') et participe au transfert des ARN vers le cytoplasme

c. excision des introns (les parties du gène qui ne codent pas un polypeptide) de l'ARN pré messager

3 grandes étapes :

- Attaque par une endo ribonucléases en 5’ de l’intron ? Libération de exons de l’intron de l’extrémité 5’ phosphate de l’intron va venir s’attacher par liaison phosphodiesters sur l’adénosine de la séquence CURAY pour former la lasso Fig 52)

- Attaque par une endo ribonucléases en 3’ de l’intron ? libération du lasso, les 2 exons vont fusionner par liaisons phosphodiesters

- Le lasso est débranché et se retrouve sous forme linéaire et ces introns seront dégrader.

d. épissage des exons (les brins codant) de l'ARN pré-messager. Epissage alternatif

L'ARN pré-messager ainsi mature devient l'ARN messager (ARNm). L'ARNm est ensuite exporté vers le cytoplasme via les pores nucléaires.

e. Le mécanisme du splicing des ARNm

La snRNP U1 reconnait et se fixe sur le 5’ donneur épissage, s’effectue par complémentarité de séquences avec ARNsn U1.

Ensuite fixation de snRNP U2 va s’associer sur le site de branchement de l’intron, pour qu’il est fixation : une protéine de snRNP U2 va reconnaitre la région riche en pyrimidine situer après le site de branchement. Ce qui permet de positionner snRNP U2 au niveau du site de branchement de l’intron.

Une fois les 2 particulier fixer. Elles vont s’associer de manière a reprocher les 2 site donneur et accepteur d’épissage de l’intron. Forme une boucle pour stabiliser la mise en place de ces particules.

U4 s’associe à U6 par la complémentarité de leur ARNsn. Elles vont ensuite s’associer a la particule U5. Puis ce complexe va s’associer au site épissage. Puis il y a remaniement du complexe de particule, U6 se détache de U4 et va s’associer au site de donneur en 5’ de l’intron a la place de U1. U4 et U1 sont détacher du complexe et ces 2 particules quitteraient de spliceosome.

Traduction :

De l'ARNm en protéine a lieu dans le cytoplasme au niveau des ribosomes et nécessite la présence d'ARN de transfert (ARNt) chargés avec les acides aminés correspondants et d'énergie sous forme de GTP. Les ARNt sont synthétisés dans le noyau.

La synthèse peptidique s'effectue de l'extrémité N-terminale de la protéine vers l'extrémité C-terminale.

Le mécanisme de traduction se divise en 3 étapes :

- Initiation de la traduction (amorçage)

Ou un ARNt dit initiateur qui va donc se complexer avec la petite sous unité du ribosome, qui vont donc s’attacher à ARNm en amont du codon initiateur AUG puis permette la fixation de la grosse sous unité pour former un ribosome fonctionnel sur lequel la chaine peptidique va s’allonger : L’initiation de la traduction requièrent une séquence très importante dans la 5’UTR des ARN procaryotes (Shine et darlgarno) ? particularité de pouvoir associer par complémentarité de séquence avec l’ARNr 16S en 3’. La séquence consensus est GGAGG.

- Elongation de la chaine peptidique : le deuxième ARNt qui porte l’anticodon correspondant au deuxième codon de l’ARNm qui vient s’associer sur le site A du ribosome. La fixation de cet ARNt sur le site A est catalyser par un facteur EF-Tu qui est associer à un GTP. Lorsqu’il y a donc fixation de ARNt sur le site A, il y a aura hydrolyse du GTP en GDP. Les deux sites du ribosome sont occupés.

Une liaison peptidique s’établie entre le deuxième acide anime apporter (du site A) avec la N-foemylmethionine. Effectuer par le centre peptidyl transférase qui effectue la liaison entre les 2 AA. C’est l’ARNr 23S qui établit cette liaison peptidique.

- Terminaison de la traduction : Au niveau du codon STOP.

Il n’existe pas ARNt qui reconnaissent les codons STOP (UAA, UAG, UGA).Mais il va y avoir des facteurs de terminaison, structure qui imite la structure des ARNt.

2 facteurs qui connaissent les codon STOP :

- RF1 (UAA et UAG)

- RF2 (UAA et UGA)

Sur les ribosomes, 2 sites de fixation des ARNt :

- Le site P (peptidyl) : ARNt qui porte la chaine peptidique en cours de synthèse

- Le site A (amino acyl) : ARNt qui porte les acides animés pour y etre incorporer.

Traduction chez les eucaryotes :

Mécanisme très similaire.

Beaucoup plus de facteurs initiation que chez les procaryotes.

12 facteurs initiation de la traduction.

Pas de séquence de shine et darlgarno, donc c’est la coiffe qui joue un rôle primordial pour la fixation de la petite sous unité ribosomique

Formation d’un complexe entre ARNt initiateur, qui va être connu par le facteur EIF-2. Deux autres facteurs vont s’associer EIF-3 et EIF-5, cet ensemble ARNt vont constituer le complexe 43S.

associer a un ensemble de facteur attacher a la coiffe EIF-4F (composer de 3 facteurs)

S’associer au facteur déjà présent sur la coiffe, permet fixer la petite sous unité du ribosome au niveau de l’extrémité 5’ de l’ARNm.

On retrouvera donc au niveau du codon AUG, l’ARNt qui porte la méthionine et la grosse sous unité qui viendra se fixer sur la petite sous unité ribosomique pour former le ribosome fonctionnel.

L’extrémité 3’ des ARNm (majoritairement monocistronique) jouerai un rôle important dans l’initiation de la traduction. Au niveau de la queue poly A, on aune protéine qui se trouve attacher a cette queue, PAB1 (=PABP) protège la queue pour avoir 30A. Cette protéine qui se fixer rentrerai en interaction avec des facteurs d’initiation de la traduction associer à la coiffe soit de manière directe ou non.

Formation d’une boucle qui permet de stabiliser la mise en place des facteurs d’initiation de la traduction sur ARNm. Autre rôle : permet de protéger l’extrémité 3’des exonucléases.

Autre rôle : ribosome qui a traduit tout l’ARNm et qui arrive au niveau du codon STOP va pouvoir tout de suite repartir, car queue près de la tête, ré initier le mécanisme de la traduction.

En ce qui concerne l’élongation, ressemblent aux procaryotes dans le mécanisme, deux facteurs qui interviennent chez les procaryotes EF-Tu qui apportent les ARNt, chez les eucaryotes on ne va pas avoir ça mais une sous unité de EIF-1 qui jouera le rôle. Et l’autre sous unité va jouer le rôle de EF-Ts.

EF-2 ? EFG

Terminaison chez les procaryotes 2 facteurs chez eucaryotes : 1 seuls facteur eRF-1

L’équivalent de RF3 sera le Erf3.

Le devenir des protéines synthétisées

Chez les procaryotes : Les protéines sont synthétiser par les ribosomes libres dans le cytoplasme. Effectue la synthèse des protéines qui vont rester dans le cytoplasme, ces protéines vont emprunter la voie cytoplasmique. Les protéines synthétiser peuvent rester dans le cytoplasme.

Chez les eucaryotes : Voie cytoplasmique, Les protéines peuvent être diriger vers d’autre organites, elles doivent donc présenter un signal d’adressage, succession d’AA qui constitue un signal qui permettre ensuite de diriger une protéine vers un compartiment particulier vers un compartiment particulier :

- Noyau

- Mitochon

- Chloroplaste

Mais aussi la voie sécrétoire :

- Protéine du réticulum endoplasmique,

- De la membrane plasmique,

- Excreté hors de la cellule.

Génome mitochondrial :

L'ADN mitochondrial est une molécule d'ADN circulaire que l'on retrouve dans la mitochondrie. Cette molécule d'ADN code pour une partie des protéines et des ARN spécifiques au fonctionnement de la mitochondrie.

L'avantage d'utiliser l'ADN mitochondrial pour l'analyse de la diversité génétique de nos ancêtres, réside dans le fait que les mitochondries sont transmises uniquement par la mère. Cela permet donc de suivre des populations en comparant le degré de similarité de leur ADN mitochondrial.

Génome chloroplastique:

Dans les plastes, ADN double brins circulaire et sans protéines de structure. Présent en multiple copie dans les nucléoïdes. Plusieurs chloroplastes par cellule. Taille de 70 à 600 KB.

Structure : 2 régions identiques et inversés, 2 zones délimités, une longue séquence, et une courte séquence. Le gène codant ARNr 23S 16S 4,5S 5S. Gènes des protéines ribosomiques, les gènes nécessaire pour les protéines de la photosynthèse, gène pour former la polymérase. ( = la PEP ). Une autre polymérase d’origine nucléaire sera présente la NEP.