Exercice L’EPISSAGE ALTERNATIF DE L’ARN Comment un même gène peut être à l’origine de la synthèse de protéines différentes ? D'après Guy Boudenc Lycée Saint Joseph GAILLAC

La synthèse des protéines nécessite, dans un premier temps, le transfert vers le cytoplasme de l’information génétique située sur la molécule d’ADN. Cette dernière est localisée dans le noyau.

La transcription Sens de lecture ADN : Brin transcrit AUG TAC ACA AGG GAT TGT GGT TTT CTA AGT TCC CCA UGU Brin d’ARN pré-messager UCC AAA CUA La transcription conduit à la synthèse d’un brin d’ARN pré-messager qui va être déplacé dans le cytoplasme GAU UCA GAU ACA AGG

l'ARN messager est ensuite TRADUIT, dans le cytoplasme par l'action des ribosomes

Le code génétique

La traduction fait correspondre un acide aminé à chaque codon Sens de lecture ADN : Brin transcrit TAC ACA AGG GAT TGT GGT TTT CTA AGT TCC AUG UGU UCC CUA ACA CCA AAA GAU UCA AGG Brin d’ARN pré-messager Méthionine Sérine Thréonine Lysine Sérine Cystéine Leucine Proline Acide aspartique Arginine La traduction conduit à la synthèse d’une protéine spécifique (séquence d’acides aminés) à partir d’un brin d’ARN contenu dans le cytoplasme.

Depardieu/INSERM Le génome humain compte entre 20 000 et 30 000 gènes. Le protéome correspond à l’ensemble des protéines codées par l’ensemble des gènes. Le protéome humain est estimé entre 100 000 et 1 000 000 de protéines, selon les auteurs.

Le modèle présenté précédemment ne permet pas d’expliquer la différence entre le nombre de gènes ( 25 000) et le nombre de protéines (entre 100 000 et 1 000 000). En effet ce modèle fait correspondre un fragment d’ADN à un fragment d’ARN et donc à une protéine.

Comment expliquer cette différence entre le nombre de gènes et le nombre de protéines ? Du fait de la complémentarité des bases, le brin d’ARN localisé dans le cytoplasme devrait s’hybrider en totalité avec le brin d’ADN qui a servi de modèle.

P. Chambon, Scientific American - mai 1981 Hybridation ADN/ARN de l’ovalbumine de poule Interprétation L’ARN (en bleu) présent dans le cytoplasme ne s’hybride pas exactement avec le brin d’ADN (en rouge) qui a servi de modèle à la transcription.

Les gènes ne correspondent pas à une séquence continue de nucléotides Les gènes ne correspondent pas à une séquence continue de nucléotides. L’information contenue sur certaines parties de l’ADN ne se retrouve pas sur l’ARN.

Des parties de l’ARN pré-messager sont donc éliminées après la transcription. Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Intron 1 Intron 2 Intron 3 Intron 4 - Les introns sont les parties éliminées - Les exons les parties conservées au cours de ces modificationpost-transcriptionnelles.

L’ARN pré-messager subit donc des modifications post-transcriptionnelles et se transforme en ARN messager. C’est l’épissage : élimination des introns et jonction des exons.

Mais ce n’est pas encore suffisant pour obtenir plusieurs protéines à partir d’un même gène.

Etudions un exemple concret Les hormones thyroïdiennes

Ces deux protéines sont déterminées par le même gène (Calc-1). Certaines cellules des follicules thyroïdiens sécrètent deux protéines : - La calcitonine - La CGRP (Calcitonine Gene Regulated Peptide). Ces deux protéines sont déterminées par le même gène (Calc-1). Comment expliquer la mise en place de 2 protéines différentes à partir d'un seul gène ?

Dans les cellules des follicules thyroïdiens on isole l’ARN pré-messager ainsi que les ARN messagers à l’origine de la synthèse de la calcitonine et de la CGRP.

Il est formé de 5 700 nucléotides. L’ARN pré-messager résultant de la transcription du gène Calc-1 est constitué de 6 exons et 5 introns Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6 I 1 I 5 I 4 I 3 I 2 Il est formé de 5 700 nucléotides.

L’utilisation de sondes spécifiques de chaque intron et exon permet de connaître la constitution des ARN messagers de la calcitonine et de la CGRP. Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4 Exon 5 Exon 6 I 1 I 5 I 4 I 3 I 2

Le tableau ci-dessous regroupe les résultats obtenus. ARN pm + ARNm Calcitonine - ARNm CGRP + Présence de la sonde - Absence de la sonde

E1 E2 E3 E4 E5 E6 I1 I2 I3 I4 I5 ARN pm + ARNm Calcitonine - ARNm CGRP L’ARNm de la calcitonine possède les exons 1, 2, 3 et 4. L’ARNm de la CGRP possède les exons 1, 2, 3, 5 et 6.

Il y a eu un épissage alternatif A partir du même ARN pré-messager il y a eu deux ARN messagers différents. ARN pré-messager ARN messager Calcitonine ARN messager CGRP Il y a eu un épissage alternatif

Un même gène peut être à l’origine de protéines différentes. Ces deux ARN messagers différents seront à l’origine de deux protéines différentes. Un même gène peut être à l’origine de protéines différentes.

BILAN EPISSAGE ALTERNATIF GENE TRANSCRIPTION ARN pré-messager ARNm 1 TRADUCTION PROTEINE 1 PROTEINE 2 PROTEINE 3