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La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin.

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1 La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

2 Chez les bactéries  Quelques rappels  L’opéron lactose chez E.coli  L’opéron tryptophane chez E.coli

3 Description des bactéries  Individus unicellulaires  Génome simple  Milieu extérieur très variable  Besoin de s’adapter rapidement  Alternance de croissance rapide et ralentie  Régulation des gènes pour  Exploiter au mieux les molécules disponibles  Synthétiser les molécules manquantes  Economiser ses ressources

4 hTranscription iTraduction jDégradation ARNm kActivation protéine lDégradation protéine Synthèse des protéines

5 Structure d’un opéron simple TraductionTranscription ARNm CDS Promoteur +1 Terminateur Opérateur CDS RBS ADN protéines  Opérateur : contrôle de la transcription  Promoteur : fixation de l’ARN polymérase  +1 : début de la transcription  RBS : fixation du ribosome  CDS : séquence codant pour une protéine  Terminateur : fin de la transcription

6 Chez les bactéries  Quelques rappels  L’opéron lactose chez E.coli  L’opéron tryptophane chez E.coli

7  Besoin d’un sucre dans le milieu de culture  Répression catabolique  Le glucose est le sucre consommé en priorité  Blocage des autres voies cataboliques des sucres par l’intermédiaire du 2nd messager AMPc   glucose   AMPc  Observations phénotypiques : + glucose : croissance de la colonie + lactose : pause puis croissance + glucose et lactose : d’abord consommation du glucose puis consommation du lactose Contexte biologique

8  Gènes de l’opéron :  β-galactosidase (lacZ) : lactose  glucose + galactose  Perméase (lacY) : entrée du lactose dans la cellule  Acétylase (lacA)  Opérateur :  Site de fixation du répresseur LacI (gène situé juste en amont de l’opéron)  Site de fixation de l’activateur CAP (Catabolite gene Activator Protein) Structure de l’opéron lactose

9 Fonctionnement de l’opéron lactose, sans glucose Avec lactose : dérépression (lactose = inducteur) lacIlacZlacYlacA P lac lacIlacZlacYlacA P lac Sans lactose : répression

10 Avec glucose : répression catabolique Fonctionnement de l’opéron lactose, avec glucose lacIlacZlacYlacA P lac Consommation du glucose : activation par AMPc

11 Récapitulatif  Induction par le métabolite initial  Régulation négative  LacI : répresseur  lactose : inducteur  Régulation positive  CAP : apo-activateur  AMPc : co-activateur

12 Chez les bactéries  Quelques rappels  L’opéron lactose chez E.coli  L’opéron tryptophane chez E.coli

13 Contexte biologique  Le tryptophane est un acide aminé  Produit à partir de l’acide chorismique  Nécessaire à la synthèse des protéines  Peu fréquent dans les protéines  Besoin d’une régulation fine  Régulation à différents niveaux  Activation/répresion de la transcription  Atténuation de la transcription  Inhibition du produit final (feedbak négatif)

14 Fonctionnement de l’opéron tryptophane trpR trpL trpEtrpDtrpCtrpBtrpA acide chorismique tryptophane E1E2E3 Atténuation

15 Fonctionnement de l’atténuation trpL 1234 terminateur trpE tggtgg pas trp  blocage ribosome  pas terminaison transcription trp  progression ribosome  terminaison transcription 4 1

16 Récapitulatif  Répression par le métabolite terminal  TrpR : apo-répresseur  Tryptophane : co-répresseur  Atténuation  Diminution de la transcription par arrêt prématuré  Action de la traduction sur la transcription  « Feedback » négatif (action rapide)  Inhibition de l’enzyme 1 par le tryptophane  Autorégulation négative  TrpR bloque sa propre transcription en absence de trp

17 Chez les eucaryotes  Quelques rappels  Voie transduction par l ’AMPc chez S. Cerevisiae

18 Description des eucaryotes  Variété de formes  Unicellulaires : les levures  Pluricellulaires : animaux, végétaux  Compartiments cellulaires (ADN dans noyau)  Génome complexe  Milieu extérieur stable (pluricellulaires)  Régulation des gènes pour  Différentiation cellulaire  Réponse aux sollicitations de l’organisme

19 Différents niveaux de contrôle de la transcription  Accessibilité de l ’ADN  Etat plus ou moins condensé de l ’ADN  Bloque la fixation de la machinerie de transcription  Méthylation de la cytosine (paires CG)  Bloque la transcription  Transmission aux cellules filles  Change selon le type cellulaire  Eléments cis- et trans- régulateurs  cis-régulateur : motifs présents sur l ’ADN  trans-régulateurs : facteurs de transcription se fixant sur les éléments cis-régulateurs.

20 Grande diversité des éléments cis-régulateurs  Diversité de forme ?????????????????  Taille : nucléotides  Structure : un ou deux (dyade) mots reconnus  Conservation : motif inexact  Diversité de position  En amont du gène(plus ou moins grande distance)  Dans la séquence codante  Dans les introns (ADN non présent dans l’ARNm final)  Diversité d’action  Reconnu par un facteur de transcription  Reconnu par des agonistes ou antagonistes

21 Transduction du signal  Transmission d’un message extra-cellulaire vers les facteurs de transcription  Messages :  Hormones  Stimuli extérieurs (lumière, chaleur, nutriments,...)  Interactions directes entre cellules  Récepteurs  Membranaires : pas d’entrée du message, transmission à l’aide d’une suite de réactions  Nucléaires : entrée du message, activation du récepteur qui est un facteur de transcription

22 Les principales molécules impliquées  Enzymes actives / inactives  Kinases : ajoutent un P i à d’autres protéines  Phosphatases : enlèvent un P i à d’autres protéines  Seconds messagers  Petites molécules (AMPc, Ca 2+,...)  Convergence de plusieurs voies de transduction  Variation de leur concentration -> variation de la réponse  Cas de l ’AMPc  Adénylate cyclase : ATP -> AMPc  Phosphodiestérase : AMPc -> AMP

23 Chez les eucaryotes  Quelques rappels  Voie transduction par l’AMPc chez S. Cerevisiae

24 Schéma de la banque KEGG

25 Voie de l’AMPc chez S. cerevisiae Cdc25 Ras1,2+GDP Ras1,2 + GTP Cyr1 Sra1 Tpk2 Ime1ATP AMPc Ira1,2 Pde1,2 sporulation

26 Récapitulatif  Beaucoup de nutriments : croissance  Carence en nutriments : sporulation  Stimuli -> activation d’une protéine  Transmission de l’information  Activation / inactivation de protéines  Synthèse ou dégradation d’AMPc  Modulation de l’activité d’un facteur de transcription

27 Conclusion  Les cellules sont capables d’intégrer de nombreuses informations.  Abondance ou carence d’une molécule  Présence simultanée de molécules équivalentes  Les régulations passent par diverses molécules  Protéines  Seconds messagers  Métabolites  Mise en place de diverses stratégies  Régulation positive / négative  Succession de réactions pour connecter des voies


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