CHMI 2227F Biochimie I Expression des gènes CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Nature des gènes Les gènes sont des régions bien délimitées de la molécule d’ADN Les gènes sont des entités permanentes de ton ADN; Chacune des 100 trillion de cellules de ton corps ([i.e. 10-15 cellules]) possède une copie de la même molécule d’ADN, et donc du même ensemble de gènes. Les gènes ont pour fonction de “coder” quelque chose: L’ordre des nucléotides dans un gène (i.e. la séquence en nucléotide du gène) signifie quelque chose qui est propre à ce gène; Par exemple: l’ordre des nucléotides dans le gène de la myoglobine a toutes les informations requises pour que la cellule puisse produire la protéine myoglobine. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Espèce Taille du génome Nombre de gènes Humains 2.9 milliard de paires de bases 20,000-25,000 Drosophile (Drosophila melanogaster)             120 million de paires de bases 13,601 Levure (Saccharomyces cerevisiae)             12 million de paires de bases 6, 275 Nématode (Caenorhabditis elegans)             97 million de paires de bases 19,000 E. coli             4.1 million de paires de bases 4,800 Arabidopsis (Arabidopsis thaliana)             125 million de paires de bases 25,000 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Nature des gènes Mais: les chimpanzés, les humains et même certains vers ont le MÊME NOMBRE DE GÈNES… Aussi: la majorité de ces gènes sont présents chez ces trois espèces… C’est quoi la %$#@ de patente? CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Nature des gènes Les gènes peuvent être allumés ou éteints (i.e. régulés): De façon temporelle: p.ex. pendant le développement; De façon spatiale: p.ex. allumé dans le cerveau/ éteint dans le foie. La régulation des gènes dans le temps et l’espace est plus importante que le nombre de gènes. Différents gènes homéotiques (Hox) (couleurs) sont allumés (exprimés) à un moment précise lors du développement et mènent à la formation de structures corporelles particulières. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Qu’est-ce qui se passe lors que l’expression des gènes est déréglée? Les gènes homéotiques sont responsables de la formation de parties du corps de tous les animaux: Antp (antennapedia) spécifie la formation des pattes, des ailes et du thorax (mouche) / thorax (humains) Dfd (deformed) spécifie la formation de la tête (mouche)/cou (humains) Si le gène Antp est exprimé dans les mêmes cellules que le gène Dfd, des pattes vont se développer sur la tête de la mouche. C’est ce qui se passe chez les mouches ayant la mutation Antennapedia. Mutation Antennapedia Mouche normale CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Le dogme central de la biologie moléculaire CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Transcription: l’art d’allumer un gène Chaque gène est précédé d’un bout d’ADN appelé promoteur; Dans chaque promoteur, on retrouve des séquences en nucléotides qui permettent le recrutement d’un groupe particulier de protéines appelées facteurs de transcription; Ces facteurs de transcription ont pour fonction de recruter l’ARN polymérase, une enzyme sont le rôle est de catalyser la synthèse d’une molécule d’ARN qui sera complémentaire et antiparallèle à un des deux brins d’ADN du gène (i.e. le brin gabarit). Promoter Transcription factors CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Promoteurs Deux séquences principales sont retrouvées dans les promoteurs bactériens: La boîte TATA (aka boîte Pribnow): Centrée à 10 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription (ce dernier est identifié par le chiffre +1 dans l’exemple ci-dessous); Lie directement l’ARN polymérase Permet à l’ARN pol d’identifier le site d’initiation de la transcription Boîte -35: Centrée à 35 bp en 5’ du site d’initiation de la transcription Aide à stabiliser la liaison de l’ARN pol au promoteur CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Promoteurs Des variations dans la séquence en nucléotide du promoteur sont responsables des changements dans l’allumage de l’expression des gènes; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Transcription CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

ARN messager (ARNm) est antiparallèle au brin gabarit Transcription ARN messager (ARNm) est antiparallèle au brin gabarit Complémentarité (5’ 3’) CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Les ARNm des eucaryotes subissent plusieurs étapes de maturation Chez les bactéries, l’ARNm est prêt à être décodé en protéine (i.e. à être traduit) dès que sa synthèse est terminée; Chez les eucaryotes, l’ARNm doit être modifié de plusieurs façon avant de pouvoir être traduit en protéine: Élimination des introns  épissage Addition d’un nucléotide GTP au bout 5’ de l’ARNm capping Addition de 50-200 nucléotides adénosine au bout 3’de l’ARNm polyadénylation L’ARNm doit enfin être exporté hors du noyau et vers le cytoplasme pour y être traduit. Introns: parties du gène qui est transcrite mais qui ne se retrouve pas dans l’ARNm. Exons: partie du gène qui se retrouve dans l’ARNm après transcription. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Les ARNm sont traduits en protéines Pendant la traduction, la séquence en nucléotide de l’ARNm est lue et décodée en séquence en acides aminés. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Traduction Pour traduire un ARNm en protéine, il nous faut les ingrédients suivants: Un gabarit d’ARNm Des acides aminés Un ARN de transfert (ARNt): Adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés Se charge décrypter le code en nucléotide de l’ARNm en une séquence en acides aminés. Ribosomes: organelles qui dirigent le processus de la traduction. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

ARN de transfert (ARNt) Petites molécules d’ARN (entre 73 et 95 nucléotides de longueur); Possèdent deux caractéristiques majeures: Un bras accepteur : là où un acide aminé spécifique est couplé directement à l’ARNt; Le bras anticodon: Possède une séquence de 3 nucléotides particulière: l’anticodon L’anticodon forme des paires de bases complémentaires et antiparallèles avec une séquence de 3 nucléotides de l’ARNm: le codon; Le code génétique est la relation entre la séquence d’un codon et un acide aminé spécifique. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Le code génétique 5’ 3’ A U mRNA Chaque ARNt est lié à un seul acide aminé qui lui est spécifique; La nature de cet acide aminé dépend de la séquence de l’anticodon; Comme l’anticodon de l’ARNt forme des paires de bases avec le codon de l’ARNm, il existe une correspondance entre la séquence du codon de l’ARNm et l’acide aminé couplé à l’ARNt: cette relation est ce qu’on appelle le CODE GÉNÉTIQUE. Ainsi, dans l’exemple de droite, le codon 5’UGU3’ code pour l’acide aminé Cys. Le code génétique est universel (ben…à peu près universel): la signification de chaque codon est la même (ben…à peu près) peut importe l’organisme étudié. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Le code génétique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Traduction La traduction est le phénomène où le code de l’ARNm (i.e. la séquence des codons) est décodée en une séquence en acides aminés; La traduction implique trois étapes principales: Initiation: reconnaissance du point de départ de la traduction par le ribosome et un ARNt spécial; Élongation: Liaison successive d’ARNt sur le ribosome; formation d’un lien peptidique entre un acide aminé et la chaîne polypeptidique en croissance; Translocation du ribosome pour lire le codon suivant; Terminaison: Une parmi trois codons « stop » possibles atteint le ribosome Le ribosome se dissocie, libérant l’ARNm et le polypeptide complété; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Traduction - Initiation Le codon d’initiation de la traduction est TOUJOURS AUG  Méthionine fMET = N-formyl méthionine http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Traduction - Élongation Liaison peptidique: synthétisée par la « peptidyl transférase », une enzyme qui fait partie de la grosse sous-unité du ribosome Translocation http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Traduction - Terminaison Trois codons « Stop » existent: UGA; UAA, UAG http://biology.unm.edu/ccouncil/Biology_124/Images/RNAtranslation.jpeg CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Changement du comportement de la cellule Repliement protéique Changement du comportement de la cellule Modification de l’organisme Adaptation Signal de l’environnement cellulaire (hormones, température, etc) http://www.contexo.info/DNA_Basics/images/gene_expression.gif Fonction protéique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.