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4- BIOLOGIE MOLÉCULAIRE

4.1- GÉNOME ET EXPRESSION

4.1.3- EXPRESSION DES GÈNES

1. Déroulement de la synthèse des protéines ................................................................................................ 31.1. Transcription ................................................................................................................................. 3

1.1.1. Définition et localisation cellulaire .................................................................................. 31.1.2. Acteurs de la transcription ............................................................................................... 31.1.3. Étapes de la transcription ................................................................................................. 3

a. Initiation ........................................................................................................................ 3b. Élongation ..................................................................................................................... 4c. Terminaison .................................................................................................................. 5

1.2. Modifications post-transcriptionnelles ........................................................................................ 5a. Coiffe (cap) en 5’ .......................................................................................................... 5b. Queue poly-A en 3' ....................................................................................................... 6c. Excision - épissage ....................................................................................................... 6

1.3. Traduction ..................................................................................................................................... 71.3.1. Définition et localisation cellulaire .................................................................................. 71.3.2. Code génétique ................................................................................................................. 7

a. Mise en évidence .......................................................................................................... 7b. Caractéristiques ............................................................................................................ 8

1.3.3. Cadre de lecture ............................................................................................................... 81.3.4. Acteurs de la traduction ................................................................................................... 9

a. L’ARN messager orienté 5’®3’ ................................................................................... 9b. Les ribosomes ............................................................................................................... 9c. Les ARN de transfert et les acides aminés ................................................................. 10

1.3.5. Synthèse de protéines au niveau des ribosomes libres ................................................... 111.3.6. Synthèse de protéines au niveau des ribosomes du RER (REG) ................................... 12

Schéma bilan de la synthèse protéique ....................................................................................................... 131.4. Maturation, adressage et transport des protéines ........................................................................ 14

1.4.1. Maturation et modifications post-traductionnelles ........................................................ 141.4.2. Transport au travers de l’appareil de Golgi ................................................................... 141.4.3. Adressage des protéines ................................................................................................. 14

2. Conséquences des mutations sur la synthèse protéique .......................................................................... 163. Régulation de l’expression des gènes ..................................................................................................... 17

3.1. Régulations transcriptionnelles .................................................................................................. 173.1.1. Chez les procaryotes : opérons inductibles et répressibles ............................................ 173.1.2. Chez les Eucaryotes : ..................................................................................................... 17

a. Séquences cis-régulatrices .......................................................................................... 17b. Facteurs trans .............................................................................................................. 17

3.2. Régulations post-transcriptionnelles .......................................................................................... 173.3. Modifications des nucléosomes .................................................................................................. 173.4. Régulations traductionnelles par les ARN interférents .............................................................. 17


L’expression des gènes comprend les étapes suivantes : • la transcription nucléaire d’un brin d’ADN en transcrit primaire • la maturation du transcrit primaire en ARNm • la translocation de l’ARNm dans le cytoplasme • la traduction de l’ARNm en polypeptide au niveau des ribosomes • la maturation de la protéine synthétisée

TRANSCRIPTION NUCLÉAIRE ET TRADUCTION CYTOPLASMIQUE

CYTOPLASME

NOYAU

MEMBRANE PLASMIQUE

ENVELOPPE NUCLÉAIRE

CELLULE EUCARYOTE


1. Déroulement de la synthèse des protéines 1.1. Transcription

1.1.1. Définition et localisation cellulaire La transcription correspond à la copie d’un brin d'ADN en une molécule d’ARN. Le « brin matrice » est orienté 3’®5’. Il est aussi appelé « brin transcrit ». La transcription a lieu chez les Eucaryotes dans le noyau. L’enzyme de la transcription est l’ARN polymérase ADN dépendante.

1.1.2. Acteurs de la transcription • une matrice : brin transcrit d’ADN orientée 3’ 5’ • ARN polymérase ADN dépendante • NTP : ATP, UTP, CTP, GTP

Remarque : chez les Eucaryotes, il existe 3 types d’ARN polymérases responsables chacune de la synthèse des 3 sortes d’ARN : ARNm, ARNr, ARNt. L’ARN polymérase Il synthétise l’ARNm.

1.1.3. Étapes de la transcription a. Initiation

L’ARN polymérase se fixe sur une région régulatrice en amont du gène pour initier la transcription. De nombreux facteurs protéiques dont les facteurs de transcription sont nécessaires à cette fixation.

* Promoteur ou région, séquence promotrice Le promoteur est une séquence de plusieurs nucléotides située dans la région régulatrice en amont du site d’initiation non transcrite.

Chez les Procaryotes, il existe deux séquences en amont « – 35 box » et « – 10 box ». La boîte « TATA box » ou Pribnow a pour séquence TATAAT et commence en – 10.

AMONT ¬½® AVAL -35 -10 +1

5’---½------------------------½---------½----------------3’ TATA box site d’initiation

Chez les Eucaryotes, la séquence promotrice contient un motif « TATA » placé entre – 30 et – 25 bases

du premier nucléotide transcrit. Cette boîte TATA est reconnue par l’ARN polymérase eucaryote.

-30 / -25 +1 5’-------------------½---------------------½----------------3’

TATA box site d’initiation

* Facteurs de transcription Un facteur de transcription est une protéine qui régule l’expression des gènes, soit en l’activant soit en l’inhibant. Toutes nos cellules possèdent un génome identique et pourtant elles n’expriment qu’une partie de l’ensemble de gènes sélectionnée suivant le type cellulaire. Les facteurs de transcription interviennent dans cette régulation en se fixant directement sur l’ADN au niveau des séquences régulatrices des promoteurs. Ils ouvrent alors la double hélice d’ADN pour permettre la transcription.


* Site d’initiation La transcription débute à 20-30 paires de base en aval de la boite TATA, au site d’initiation de la transcription (ATG), qui par convention est noté « +1 ». Le complexe d’initiation de la transcription va catalyser la formation de la première liaison phosphodiester entre les deux premiers nucléotides de l ’ARN messager (ARNm).

Figure 1 : schéma de l’initiation de la transcription

b. Élongation

L’ARN polymérase II se déplace ensuite le long de l’ADN en ouvrant une partie de la molécule d’ADN par déroulement de la double hélice sur une courte distance en formant une boucle de transcription. La boucle de transcription se déplace dans le sens 3’®5’ du brin matrice et la chaîne d’ARN pré-messager s’allonge dans le sens 5’®3’. Cette élongation nécessite l’intervention de facteurs d’élongation nécessaires au déplacement de l’ARN polymérase II. L’ADN lu se rembobine immédiatement après la lecture. L’élongation de la molécule d’ARN pré-messager se fait par complémentarité de bases où la thymine est remplacée par de l’uracile. Le brin matrice orienté 3’®5’ comporte une séquence complémentaire à celle de l’ARN pré-messager. Il est appelé aussi « brin transcrit », « brin non codant », « brin anti-sens ».

Figure 2 : schéma de la phase d’élongation de la transcription


c. Terminaison

L’ARN polymérase II est également équipée de facteurs protéiques de terminaison, et reconnaît ainsi un ou plusieurs signaux de terminaison portés par le brin progressivement parcouru et qui annoncent la fin de la transcription sur le brin d’ADN matrice. Elle arrête alors son travail de transcription et libère l’ARN pré-messager.

Remarque : Plusieurs ARN polymérases peuvent « travailler » en même temps, les unes derrière les autres, sur le même brin d’ADN. On observe alors en microscopie électronique des images en arbre de Noël.

Figure 3 : transcriptions simultanées d’un même brin d’ADN et image en « arbre de Noël »

1.2. Modifications post-transcriptionnelles

Elles correspondent aux étapes de la maturation du transcrit primaire en ARNm.

a. Coiffe (cap) en 5’

L’addition de la coiffe (capping en anglais) a lieu en début de transcription. Elle consiste en l'ajout d'un nucléotide à guanine sur l'extrémité 5’ de l'ARN suivi de sa méthylation sur l'azote 7 de la base, ainsi que de la méthylation en 2’ du ribose des nucléotides 1 et/ou 2 du transcrit primaire (schéma ci-contre). Ainsi l'extrémité 5' de l'ARNm n'est pas porteuse de phosphates libres, mais d'un GMP qui limite la réactivité et la reconnaissance par les exonucléases. Cette coiffe confère donc une protection de l'extrémité 5' de l'ARNm contre la dégradation par les exonucléases. Elle est également nécessaire à l'exportation de l'ARNm vers le cytoplasme et à la liaison de ce dernier avec la petite sous-unité du ribosome lors de l'étape d'initiation de la traduction.

Figure 4 : structure de la coiffe en 5’ http://planet-vie.ens.fr/content/transcription-eucaryotes#chap5


b. Queue poly-A

La polyadénylation consiste en l’addition d’une queue poly(A), une succession de nombreux ribonucléotides d’adénosine (A) à l’extrémité 3' des ARNm. Chez les Eucaryotes, cette étape s'effectue dans le noyau, lors de la maturation de l’ARNm alors qu'il n'a pas encore subi l'épissage. La taille de la queue poly(A) peut atteindre quelques centaines de nucléotides. La très grande majorité des ARN messagers est polyadénylée ainsi que quelques ARN non codants. La queue poly(A) confère de la stabilité au futur ARNm et se perd au fur et à mesure qu'il est traduit. c. Excision - épissage

Les gènes des cellules eucaryotes sont morcelés c’est-à-dire qu’ils comportent des séquences codantes (appelées exons) interrompues par des séquences non codantes (appelées introns). La molécule d’ARN directement synthétisée à partir du modèle ADN, ou transcrit primaire reste dans le noyau et est traitée par un complexe enzymatique qui enlève tous les introns : « excision » et qui réunit les exons : « épissage ». À partir d’un même ARN pré-messager, plusieurs ARNm matures différents codant pour des isoformes de protéines peuvent être obtenus. On parle alors d’« épissage alternatif ».

Figure 5 : exemple d’épissage alternatif

http://planet-vie.ens.fr/content/transcription-eucaryotes#chap5

Après les étapes de transcription et de modifications post-transcriptionnelles, on obtient un ARNm coiffé en 5’ et polyadénylé en 3’.

UTR : Untranslated Transcribed Region ; région transcrite non traduite

Cet ARN messager est alors transloqué dans le cytoplasme à travers les pores nucléaires.


1.3. Traduction L’ARNm est alors traduit en protéine à partir des acides aminés en présence des ribosomes et des ARN de transfert (ARNt).

1.3.1. Définition et localisation cellulaire La traduction correspond à la lecture du brin d’ARNm au niveau des ribosomes en chaîne polypeptidique. L’ARNm est orienté 5’®3’. La chaîne polypeptidique produite est orientée NH2®COOH La traduction a lieu :

• chez les Procaryotes dans le cytoplasme • chez les Eucaryotes :

o pour les protéines cytoplasmiques : au niveau des ribosomes libres ; o pour les protéines adressées aux membranes ou sécrétées : au niveau des

ribosomes liés à la membrane du réticulum endoplasmique rugueux (ou granuleux ; RER ou REG).

1.3.2. Code génétique a. Mise en évidence Le code génétique a été déchiffré au début des années 60. Trois biochimistes américains Nirenberg, Holley et Khorana ont reçu le prix Nobel de Physiologie et Médecine en 1968 pour leur travail sur le code génétique.

Marshall Nirenberg

(1927-2010) Robert Holley (1922-1993)

Har Gobind Khorana (1922-2011)

Prix Nobel de Médecine en 1968

La première expérience, réalisée en 1961, a montré qu’un ARNm poly-U, était traduit en une protéine composée uniquement de phénylalanine.

Figure 6 : expérience de mise en évidence du code génétique

http://www.lyceebourcefranc.fr/documentsProf/document-290.pdf


b. Caractéristiques

3 nucléotides de l’ADN et de l’ARNm forment un codon qui code un acide aminé. Le codon présenté dans le code génétique est un codon d’ARNm orienté 5’®3’. Le code génétique est :

• universel : tous les êtres vivants (sauf quelques exceptions) possèdent le même. • non ambigu : à un codon correspond un seul et unique acide aminé. • dégénéré ou redondant : à un acide aminé peuvent correspondent plusieurs

codons (il existe en effet 64 possibilités de codons, et seulement 20 acides aminés). 3 codons UAA, UAG, UGA ne codent pas pour un acide aminé. On les appelle des « codons-stop ».

2ème position U C A G

1ère p

ositi

on (e

xtré

mité

5’)

U Phe Phe Leu Leu

Ser Ser Ser Ser

Tyr Tyr

STOP STOP

Cys Cys

STOP Trp

U C A G

3èm

e position (extrémité 3’)

C Leu Leu Leu Leu

Pro Pro Pro Pro

His His Gln Gln

Arg Arg Arg Arg

U C A G

A Ile Ile Ile

Met

Thr Thr Thr Thr

Asn Asn Lys Lys

Ser Ser Arg Arg

U C A G

G Val Val Val Val

Ala Ala Ala Ala

Asp Asp Glu Glu

Gly Gly Gly Gly

U C A G

Figure 7 : code génétique universel, non ambigu et redondant 1.3.3. Cadre de lecture 1 codon de 3 nucléotides permet la synthèse 1 acide aminé. En théorie, une séquence de nucléotides peut être lue de 3 manières. On parle de « cadre de lecture ».

Premier cadre de lecture

5’ UCA UGU CCA AUC CCU GAA UUC 3’OH NH2 Ser Cys Pro Ile Pro Arg Phe COOH

Deuxième cadre de lecture

5’ ? ? U CAU GUC CAA UCC CUG AAU UC ? 3’OH NH2 His Val Gln Ser Leu Asn Ser COOH

Troisième cadre de lecture

5’ ? UC AUG UCC AAU CCC UGA AUU C ? ? 3’OH NH2 Met Ser Asn Pro STOP COOH

Figure 8 : notion de cadre de lecture Il existe des séquences d’initiation de la transcription et de la traduction qui expliquent qu’à partir d’un ARNm on n’obtienne qu’un seul peptide.


1.3.4. Acteurs de la traduction a. L’ARN messager orienté 5’®3’

b. Les ribosomes

Les ribosomes sont soit libres dans le cytoplasme soit liés à la membrane du réticulum endoplasmique. Le réticulum endoplasmique (RE) est une extension de la membrane externe du noyau. On distingue :

• le RE lisse (REL), lieu de la synthèse des lipides • le RE rugueux ou granuleux (RER ou REG), lieu de synthèse de certaines

protéines.

Figure 9 : ultrastructure des réticulums endoplasmiques

rugueux (avec ribosomes) et lisse (sans ribosomes) http://www.ebiologie.fr/upload/s/229/microscopie-du-reticulum-endoplasmique

Figure 10 : schématisation des réticulums endoplasmiques rugueux (avec ribosomes) et lisse (sans ribosomes)

https://fr.dreamstime.com/illustration-stock-rticulum-endoplasmique-image55697274


Ils sont constitués de 2 sous-unités, une petite et une grande. Chaque sous-unité comporte des ARN ribosomiques (ARNr) et des protéines ribosomiques.

PROCARYOTES EUCARYOTES

RIBOSOMES 70 S RIBOSOMES 80 S

Grande sous-unité Petite sous-unité Grande sous-unité Petite sous-unité 50 S 30 S 60 S 40 S

ARNr 23 S ARNr 5 S ARNr 16 S

ARNr 28 S ARNr 5,8 S ARNr 5 S

ARNr 18 S

+ 31 protéines + 21 protéines + 45 protéines + 32 protéines

Figure 11 : structure des ribosomes procaryotes et eucaryotes ; diversité des ARN ribosomiques

Dans la grande sous-unité, se trouvent trois sites : • site A de fixation de l’Aminoacyl-ARNt occupé par un ARNt porteur d’un acide aminé en attente d’être lié à la chaîne polypeptidique. • site P de fixation du Peptide occupé par un ARNt porteur de la chaîne polypeptidique en cours de formation. • site E de sortie (Exit), de libération de l’ARNt qui a transféré son acide aminé à la chaîne polypeptidique.

Figure 12 : Vue interne d’un ribosome pendant la traduction

http://slideplayer.com/slide/5746687/

c. Les ARN de transfert et les acides aminés

Les acides ribonucléiques de transfert (ARNt) sont des enchaînements de 80 nucléotides environ ; ils doivent leur nom au fait qu’ils servent à transférer les acides aminés activés au cours de la synthèse des protéines à la chaîne polypeptidique en cours d’élongation.


L’anticodon 3’ AAG 5’ correspond au codon 5’ UUC 3’et donc,

d’après le code génétique, cet ARNt transporte une phénylalanine. Figure 13 : structure d’un ARN de transfert

http://www.medicalorama.com/encyclopedie/281

1.3.5. Synthèse de protéines au niveau des ribosomes libres Les protéines cytoplasmiques, du noyau, des mitochondries et des peroxysomes1 sont synthétisées dans le cytoplasme au niveau des ribosomes libres.

eEF1a : facteur d’initiation de la traduction eucaryote

Figure 14 : synthèse d’une chaîne polypeptidique au niveau d’un ribosome La chaîne polypeptidique s’allonge de l’extrémité -NH2 vers l’extrémité -COOH. Le peptide à n acides aminés en cours d’élongation se trouve dans le site P ; il est transféré à l’amino-acyl porté par l’ARNt présent dans le site A. L’ARNt du site P est alors nu et est poussé vers le site E par l’ARNt porteur du nouveau peptide n+1.

1 Peroxysome : organite cellulaire entouré d’une membrane ne contenant pas de matériel génétique ni de ribosomes, lieu du catabolisme des acides gras et des acides aminés et de la réduction d’espèces réactives de l’oxygène (présence de catalase).


1.3.6. Synthèse de protéines au niveau des ribosomes du RER (REG) Les protéines secrétées, membranaires ou des lysosomes2 sont synthétisées au niveau des ribosomes liés à la membrane du réticulum endoplasmique rugueux.

Figure 15 : synthèse d’une chaîne polypeptidique

avec translocation dans la lumière du RER Leur synthèse débute sur un ribosome libre avec la synthèse en N-terminal d’une courte séquence signal (ou peptide signal) de 15 à 30 acides aminés. Ce peptide signal va être reconnu par la SRP (Signal Recognition Protein) qui permet au complexe ARNm/ribosome/peptide de se fixer à la face cytoplasmique du RER grâce à un récepteur.

Figure 16 : interactions entre le peptide signal, la SRP et le récepteur membranaire

à la SRP à l’origine de la translocation du polypeptide Le polypeptidique en cours de synthèse au niveau d’un ribosome est co-transloqué dans la lumière du RER au travers de la membrane. Le peptide signal est ensuite clivé par une peptidase signal.

2 Lysosome : organite cellulaire du cytosol de toutes les cellules eucaryotes sauf les hématies lieu de dégradation moléculaire grâce à la présence de nombreuses enzymes (lipases, protéases, nucléases, glycosidases, phosphatases, sulfatases)


SCHÉMA BILAN DE LA SYNTHÈSE PROTÉIQUE


1.4. Maturation, adressage et transport des protéines

1.4.1. Maturation et modifications post-traductionnelles Dans le réticulum endoplasmique rugueux et l’appareil de Golgi, les polypeptides subissent une maturation qui consiste en des modifications post-traductionnelles sur les fonctions libres des acides aminés :

• protéolyse ménagée • glycosylation • ajout d’acides gras • amidation, phosphorylation, sulfatation,…

1.4.2. Transport au travers de l’appareil de Golgi L’appareil de Golgi (découvert en 1883 par Camillo Golgi) est le lieu de

passage des protéines et les lipides fabriqués dans le réticulum endoplasmique subissent les transformations nécessaires à leur action (processus de maturation). Les protéines issues du réticulum endoplasmique pénètrent dans l’appareil de Golgi par la face d’entrée (face cis), convexe et tournée vers le noyau. Une fois transformées, les protéines sont envoyées à partir de la face trans, concave et tournée vers la membrane plasmique, sur leur lieu d’adressage dans d’autres compartiments (membrane plasmique, endosomes, lysosomes, milieu extracellulaire…). Ce transfert se fait par l’glysointermédiaire de vésicules qui se détachent des saccules du Golgi.

Figure 17 : schématisation de l’appareil de Golgi

https://fr.dreamstime.com/illustration-stock-rticulum-endoplasmique-image55697274

1.4.3. Adressage des protéines Les polypeptides transmembranaires associés à la membrane du RER formeront des protéines trans-membranaires. Les polypeptides libérés dans la lumière du RER donneront des protéines secrétées Les vésicules produites par l’appareil de Golgi permettent l’assemblage des chaînes lourdes (H) et des chaînes légères (L) des immunoglobulines monomériques et leur assemblage pour les dimériques (IgA) et les pentamériques (IgM). De plus, ces vésicules de sécrétion permettent l’adressage des protéines membranaires (canaux, transporteurs, récepteurs,…) à la membrane cytoplasmique.



2. Conséquences des mutations sur la synthèse protéique

ADN double

brin

5’ CAG TGC CTC TAA 3’

Matrice 3’ GTC ACG GAG ATT 5’

TRANSCRIPTION

ARNm 5’ CAG UGC CUC UAA 3’

TRADUCTION Protéine native NH2 Gln Cys Leu - COOH

ADN

double brin

5’ CGG TGC CTC TAA 3’

Matrice 3’ GCC ACG GAG ATT 5’

ARNm 5’ CGG UGC CUC UAA 3’

Protéine NH2 Arg Cys Leu - COOH

Type de mutation : ponctuelle, substitution, purine en purine donc transition

Conséquence sur la protéine : séquence primaire différente Þ mutation faux-sens

ADN double

brin

5’ CAG TGC CTG TAA 3’

3’ GTC ACG GAC ATT 5’

ARNm 5’ CAG UGC CUG UAA 3’

Protéine NH2 Gln Cys Leu - COOH

Type de mutation : substitution, pyrimidine en pyrimidine donc transition

Conséquence sur la protéine : même séquence primaire Þ mutation silencieuse

ADN double

brin

5’ CAG TGA CTC TAA 3’

3’ GTC ACT GAG ATT 5’

ARNm 5’ CAG UGA CUC UAA 3’

Protéine NH2 Gln COOH

Type de mutation : substitution, pyrimidine en purine donc transversion

Conséquence sur la protéine : protéine tronquée Þ mutation non-sens

ADN double

brin

5’ CAGT GCC TGT AA ? 3’

3’ GCA CGG ACA TT ? 5’

ARNm 5’ CGU GCC UGU AA ? 3’

Protéine NH2 Arg Ala Cys ? COOH

Type de mutation : délétion Þ décalage de lecture

Conséquence sur la protéine : protéine allongée


3. Régulation de l’expression des gènes 3.1. Régulations transcriptionnelles

3.1.1. Chez les procaryotes : opérons inductibles et répressibles Un opéron est un ensemble de gènes qui est sous le contrôle d’un même système régulateur. Les gènes transcrits en ARNm permettent la production de protéines qui concourent à la réalisation d’une même fonction physiologique. L’opéron qui a été décrit en premier et le plus étudié est l’opéron lactose d’Escherichia coli (François Jacob, Jacques Monod et André Lwoff – Prix Nobel de Physiologie ou de Médecine en 1965).

Voir polycopié sur l’opéron lactose

3.1.2. Chez les Eucaryotes : a. Séquences cis-régulatrices

Des séquences régulent l’activité des promoteurs : • les séquences enhancers activent les promoteurs de certains gènes en utilisant

des facteurs de transcription. • les séquences silencers inhibent la transcription.

b. Facteurs trans Ces protéines viennent se fixer aux séquences cis. Elles sont :

• soit des activateurs capables de recruter l’ARN polymérase et le complexe protéique nécessaires à la transcription,

• soit des enzymes capables de modifier les nucléosomes • soit des répresseurs empêchant la fixation de l’ARN polymérase.

3.2. Régulations post-transcriptionnelles La régulation de l’expression des gènes peut se faire en modulant la modification post-transcriptionnelle, et donc la stabilité des ARNm. Elle consiste à l’ajout d’une coiffe (GMP méthylé en 7) en 5’ et d’une queue poly(A) en 3’ (polyadénylation). Sans ces modifications, les ARNm seraient hydrolysés par des ribonucléases (RNases).

3.3. Modifications des nucléosomes Chez les eucaryotes, la chromatine peut se présenter sous forme d’hétérochromatine et d’euchromatine. Seules les séquences de l’euchromatine sont exprimées. L’hétérochromatine rend impossible la transcription. Ainsi les séquences télomériques et centromériques contenant peu ou pas de gènes sont sous forme d’hétérochromatine. Des enzymes recrutées par des activateurs sont capables de modifier des histones en ajoutant ou en retirant des groupes chimiques :

• les histones acétylases ajoutent des groupements acétyles Þ activation des gènes. • les histones désacétylases suppriment des groupements acétyles Þ portion d’ADN à l’état silencieux D’autres enzymes méthylent l’ADN ou phosphorylent les histones, ce qui inactive également les gènes.

3.4. Régulations traductionnelles par les ARN interférents Un ARN interférent est un ARN simple ou double brin dont l’interférence avec un ARN messager spécifique conduit à sa dégradation et à la diminution de sa traduction en protéine. Dans la mesure où l’ARN joue un rôle crucial dans l’expression des gènes, l’ARN interférent permet de bloquer celle-ci en rendant « silencieux » tel ou tel gène.


Ce phénomène a été découvert dans les années 1990, valant à Andrew Z. Fire et Craig C. Mello le prix Nobel de physiologie et de médecine en 2006. Il serait vraisemblablement un produit de l’évolution permettant aux organismes de se défendre contre l’introduction de génomes étrangers, notamment viraux, ou encore permettant de moduler l’expression des gènes. On distingue deux types d’ARN interférents :

• les micro-ARN interférents, ou miRNA, codés naturellement par notre ADN pour contrôler l’expression d’autres gènes de notre génome ; • les petits ARN interférents (small interfering RNA ou siRNA) qui sont introduits artificiellement dans les cellules.

Caractéristiques communes : • petite taille (» 20 nucléotides) • séquence complémentaire d’une partie d’un ARNm • prise en charge par un complexe de plusieurs protéines nommé RISC (RNAi Induced Silencing Complex).

L’ensemble RISC/ARN interférent scanne les différentes molécules d’ARN messagers présentes dans la cellule. Plusieurs situations peuvent alors se produire :

• Absence d’homologie entre l’ARNi et l’ARNm scanné : traduction de l’ARNm en protéine. • Si ARNi = miRNA et homologie partielle avec ARNm : traduction bloquée mais ARNm non dégradé • Si ARNi = siRNA homologue avec une région de l’ARNm : clivage par RISC, pas de synthèse protéique

On connait de nombreux cas dans lesquels une protéine est responsable d’une maladie. Par exemple, les virus infectent les cellules, y injectent leur génome et font produire par les cellules infectées les protéines dont ils ont besoin pour se répliquer. Si la séquence du génome du virus est connue, on peut utiliser l’interférence d’un ARN pour empêcher la réplication du virus. Dans d’autres pathologies et notamment dans les cancers, certaines protéines sont exprimées alors qu’elles ne devraient pas l’être. Là encore, l’ARN interférence permet d’inhiber la synthèse de ces protéines indésirables.

Figure 18 : mécanisme d’interférence de petits ARN interférents

http://selexel.com/fr/science-2/arn-interference/


Sources : http://planet-vie.ens.fr/content/transcription-eucaryotes#chap5 http://www.lyceebourcefranc.fr/documentsProf/document-290.pdf http://mon.univ-montp2.fr/claroline/backends/download.php?url=L0QtUk1JX1BhcnQzYy5wZGY%3D&cidReset=true&cidReq=BIOCELSVT108 http://www.uvp5.univ-paris5.fr/wikinu/docvideos/Grenoble_1011/seve_michel/seve_michel_p03/seve_michel_p03.pdf

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