La régulation des gènes et un peu plus

Présentation au sujet: "La régulation des gènes et un peu plus"— Transcription de la présentation:

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 Synthèse des protéines
1 3 2 Transcription Traduction Dégradation ARNm Activation protéine Dégradation protéine 4 5

5 Structure d’un opéron simple
CDS Promoteur +1 Terminateur Opérateur RBS ADN 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 Transcription ARNm Traduction protéines

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

7 Contexte biologique 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

8 Structure de l’opéron lactose
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)

9 Fonctionnement de l’opéron lactose, sans glucose
Sans lactose : répression lacI lacZ lacY lacA Plac Avec lactose : dérépression (lactose = inducteur) lacI lacZ lacY lacA Plac

10 Fonctionnement de l’opéron lactose, avec glucose
Consommation du glucose : activation par AMPc Avec glucose : répression catabolique lacI lacZ lacY lacA Plac

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 trpE trpD trpC trpB trpA Atténuation tryptophane E1 E2 E3 acide chorismique

15 Fonctionnement de l’atténuation
trpL 1 2 3 4 terminateur trpE tggtgg 4 1 2 3 1 pas trp  blocage ribosome  pas terminaison transcription trp  progression ribosome  terminaison transcription

16 Récapitulatif Répression par le métabolite terminal Atténuation
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 Quelques rappels Voie transduction par l ’AMPc chez S. Cerevisiae
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 Pi à d’autres protéines Phosphatases : enlèvent un Pi à d’autres protéines Seconds messagers Petites molécules (AMPc, Ca2+, ...) 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 Quelques rappels Voie transduction par l’AMPc chez S. Cerevisiae
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
sporulation Cdc25 Ras1,2+GDP Ira1,2 Cyr1 Ras1,2 + GTP ATP Ime1 AMPc Sra1 Pde1,2 Tpk2

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