LA REGULATION DE LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES L’EXPRESSION DES

GENES GENES

Année universitaire 2010/2011 DR. OULDJAOUI AHMED

L’expression génétique désigne le processus biochimique biochimique par lequel l'information l'information héréditairehéréditaire stockée dans un stockée dans un gènegène est est lue pour aboutir à la lue pour aboutir à la fabrication de fabrication de molécules molécules qui qui auront un rôle actif dans le auront un rôle actif dans le fonctionnement cellulaire, comme les les protéines protéines ou les ou les ARNARN..

INTRODUCTION

QU’EST-CE QU’UN OPÉRON ?● Un opéron est une unité régulée

d’expression des gènes dans laquelle on trouve un ensemble de gènes structuraux, sous le contrôle d’un système régulateur unique.

● Les gènes structuraux sont transcrits à partir d'une région "opérateur - promoteur" commune, sous la forme d'un ARN messager unique, appelé ARNm polycistronique, qui sera traduit en protéines différentes (apparentées).

● Cet opéron est contrôlé par une protéine de régulation (répresseur ou activateur) codée par un gène de régulation spécifique.

NOTION D’OPÉRON

Chez les procaryotesChez les procaryotes●● Opérons inductibles, Opérons inductibles, signifie que signifie que l’expression des expression des gènes est contrôlée par le gènes est contrôlée par le substrat de la voie substrat de la voie métabolique.métabolique.

● ● Opérons répressiblesOpérons répressibles, signifie que signifie que l’expression des expression des gènes est contrôlée par le gènes est contrôlée par le produit final de la voie de produit final de la voie de biosynthèse.biosynthèse.

Induction« Opéron Lactose »

Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme

du lactose

Chez les procaryotesChez les procaryotes

Répression« Opéron Tryptophane »Synthèse des enzymes

impliquées dans la biosynthèse du tryptophane

Structure de l’opéron « lac »●L'opéron lactose d'Escherichia coli a une longueur de 6 237 pb.

Il est constitué des éléments suivants :

●3 gènes structuraux : lacZ, lacY et lacA.

Des éléments régulateurs, promoteur P et opérateur O, agissant en cis.

●1 gène régulateur, lacI, possédant son propre promoteur et localisé en amont de l’opéron lac.

Structure de l’opéron « lac »

3 gènes structuraux : ■ lacZ: la β-galactosidase:

hydrolyse le lactose en ses sucres constitutifs.

■ lacY: la lactose perméase: transport du lactose à l’intérieur de la cellule.

■ lacA: la transacétylase: hydrolyse du lactose1 gène régulateur:

■ lacI: la protéine répresseur lac.

STRUCTURE DU LACTOSE

Liaison β-galactosidique.

β-galactosidase

lactose

galactose

glucose

ALLOLACTOSE EST L'INDUCTEUR

La β-galactoside transacétylase, enzyme de masse moléculaire 60 kDa transformant le lactose β,1-4 en allolactose β,1-6 par transglycosylation

lactose β,1-4

allolactose β,1-6

l'organisation de l'opéron lactose.

Synthèse du répresseur.

Régulation négative de la transcription.

Levée de l'inhibition de la transcription.

Répression catabolique, régulation positive.

Contrôle de l’opéron Arabinose

Organisation de l’opéron Trp d’E. coli

Opéron « trp »● ● Milieu riche en Milieu riche en tryptophane :tryptophane :- fixation du - fixation du tryptophane tryptophane sur le répresseur.sur le répresseur.- fixation du - fixation du répresseur sur répresseur sur l’opérateur.opérateur.- transcription - transcription bloquée.bloquée.

● ● Milieu pauvre en Milieu pauvre en tryptophane :tryptophane :- absence de - absence de l’inducteur l’inducteur (tryptophane). (tryptophane). - le répresseur ne se - le répresseur ne se fixe pas sur fixe pas sur l’opérateur.opérateur.- transcription aura - transcription aura lieu.lieu.

Le produit final de la transcription de l’opéron « trp » est l’acide aminé tryptophane est un corépresseur.

MECANISME D’ATTÉNUATION

➢L'atténuation est une terminaison prématurée de la transcription.

➢L'atténuation est provoquée par un terminateur facultatif qui est situé au début de l'unité de transcription de l'opéron et que l'on appelle Atténuateur.

Opéron « trp »

Opéron « trp » L’atténuation

● L’atténuation repose sur le fait que transcription et traduction sont simultanées chez les bactéries.

● C’est la position du ribosome en cours de traduction qui va déterminer la suite des évènements:

Atténuation et arrêt de la transcription Poursuite de la transcription.

● L'atténuateur de l'opéron tryptophane est une séquence nucléotidique ARN de 162 bases, située à l'extrémité 5' de l'ARNm polycistronique. Cette séquence est donc synthétisée à partir du promoteur de l'opéron trp avant la séquence codante du gène trpE.

● Elle comprend une séquence codante, comprise entre les nucléotides 27 à 68 (codon d'initiation AUG à codon stop UGA) permettant la synthèse d'un peptide de 14 acides aminés de longueur : dont deux codons tryptophane (en positions 10 et 11, c'est-à-dire quasiment à la fin de la séquence codante).

Opéron « trp » L’atténuation

Opéron « trp » L’atténuation

ARNm LEADER TRP

séquence 1

séquence 2

séquence 3

séquence 4

peptideleader

séquence de pause séquence trpE

4 séquences nucléotidiques (notées 1, 2, 3 et 4) sont des séquences palindromiques qui peuvent conduire à la formation de structures ARN « en épingles à cheveux » .

5’

Opéron « trp » L’atténuation

■ Le ribosome pourra avoir deux positions sur l’ARNm et selon ces positions, il pourra y avoir formation de deux types de structures en épingle à cheveux différentes: position A: formation d’une boucle 2/3 boucle d’antiterminaison. position B: formation d’une boucle 3/4 boucle de terminaison.

En absence de TRP:-freinage par absence d’ARNt-TRP-épingle à cheveux 2/3-il y a synthèse de l’ARNm

En présence de [trp] moyenne:- pas de freinage-épingle à cheveux 3/4-terminaison de la transcription

Opéron « trp » L’atténuation

Opéron « trp » L’atténuation

Chez les eucaryotes

5 niveaux de régulation:

■ Chromatinien.

■ Transcriptionnel.

■ Post transcriptionnel.

■ Traductionnel.

■ Post traductionnel.

Chez les eucaryotes

■ Niveau chromatinien:

Acétylation des histones.

Méthylation des cytosines.

■ Niveau transcriptionnel:

Choix du promoteur.

Facteurs transcriptionnnnnels.

■ Niveau post

transcriptionnel:

Epissage alternatif.

Durée de vie de

l’ARNm.

L’édition.■ Niveau traductionnel:

Protéine activatrice

ou répressive.

■ Niveau post

traductionnel:

Modifications

covalentes.

Coupures.

Merci pour votre Merci pour votre attentionattention