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La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

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Page 1: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

La régulation des gènes et un peu plus

Maude Pupin

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Chez les bactéries

Quelques rappels L’opéron lactose chez E.coli L’opéron tryptophane chez E.coli

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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

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TranscriptionTraductionDégradation ARNmActivation protéineDégradation protéine

Synthèse des protéines

1

2

3

4

5

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Structure d’un opéron simple

Traduction

Transcription

ARNm

CDSPromoteur

+1Terminateur

Opérateur

CDS CDS

RBSRBS RBS

ADN

protéines

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

Page 6: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

Chez les bactéries

Quelques rappels L’opéron lactose chez E.coli L’opéron tryptophane chez E.coli

Page 7: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

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

Contexte biologique

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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)

Structure de l’opéron lactose

Page 9: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

Fonctionnement de l’opéron lactose, sans glucose

Avec lactose : dérépression (lactose = inducteur)

lacI lacZ lacY lacAPlac

lacI lacZ lacY lacAPlac

Sans lactose : répression

Page 10: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

Avec glucose : répression catabolique

Fonctionnement de l’opéron lactose, avec glucose

lacI lacZ lacY lacAPlac

Consommation du glucose : activation par AMPc

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RécapitulatifLactose LacI Glucose CAP Opéron

- actif réprimé

+ inactif + inactifdéréprimé,non activé

+ inactif - actifdéréprimé et

activé

Induction par le métabolite initial Régulation négative

LacI : répresseur lactose : inducteur

Régulation positive CAP : apo-activateur AMPc : co-activateur

Page 12: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

Chez les bactéries

Quelques rappels L’opéron lactose chez E.coli L’opéron tryptophane chez E.coli

Page 13: La régulation des gènes et un peu plus Maude Pupin

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)

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Fonctionnement de l’opéron tryptophane

trpR

trpL trpE trpD trpC trpB trpA

acide chorismique

tryptophane

E1 E2 E3Atténuation

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Fonctionnement de l’atténuation

trpL

1 2 3 4

terminateur

trpE

tggtgg

pas trp blocage ribosome pas terminaison transcription

12

3

trp progression ribosome terminaison transcription

4

1

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Récapitulatif

Répression par le métabolite terminal 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

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Chez les eucaryotes

Quelques rappels Voie transduction par l ’AMPc chez S. Cerevisiae

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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

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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.

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Grande diversité des éléments cis-régulateurs

Diversité de forme ????????????????? Taille : 6 - 15 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

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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

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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

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Chez les eucaryotes

Quelques rappels Voie transduction par l’AMPc chez S. Cerevisiae

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Schéma de la banque KEGG

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Voie de l’AMPc chez S. cerevisiae

Cdc25Ras1,2+GDP

Ras1,2 + GTP

Cyr1

Sra1

Tpk2

Ime1ATP

AMPc

Ira1,2

Pde1,2

sporulation

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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

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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