LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES GENES Année universitaire 2010/2011 DR. OULDJAOUI AHMED

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

NOTION D’OPÉRON 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.

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

Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme du lactose Chez les procaryotes Induction « Opéron Lactose » Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme du lactose Répression « Opéron Tryptophane » Synthèse des enzymes impliquées dans la biosynthèse du tryptophane

●L'opéron lactose d'Escherichia coli a une longueur de 6 237 pb. 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.

■ lacA: la transacétylase: hydrolyse du lactose 1 gène régulateur: 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 lactose 1 gène régulateur: ■ lacI: la protéine répresseur lac.

STRUCTURE DU LACTOSE galactose glucose lactose β-galactosidase Liaison β-galactosidique. galactose β-galactosidase glucose lactose

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

Le produit final de la transcription de l’opéron Opéron « trp » ● Milieu riche en tryptophane : - fixation du tryptophane sur le répresseur. - fixation du répresseur sur l’opérateur. - transcription bloquée. ● Milieu pauvre en tryptophane : - absence de l’inducteur (tryptophane). - le répresseur ne se fixe pas sur l’opérateur. - transcription aura 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 »

­ Atténuation et arrêt de la transcription 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.

Opéron « trp » L’atténuation ● 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

ARNm LEADER TRP 5’ peptide leader séquence 1 séquence 2 séquence 3 séquence de pause séquence trpE séquence 4 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 » .

­ position A: formation d’une boucle 2/3 boucle d’antiterminaison. 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.

Opéron « trp » L’atténuation 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

5 niveaux de régulation: ■ Chromatinien. ■ Transcriptionnel. 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 attention