Microbiologie

1. REGULATION DE L’EXPRESSION
DES GENES

2. OBJECTIFS
1- Comprendre que l’expression des gènes
peut être régulée à des niveaux différents
2- Décrire les niveaux de régulation
3- Connaitre les mécanismes précis de ces
régulations

3. PLAN
I-Introduction
II- Contrôle au niveau du site promoteur
1. Le Promoteur
2. Les séquences régulatrices
III- Chromatine et accessibilité à L’ADN
IV-Régulation post transcriptionnel
V-Transduction du signal

4. 1.Pourquoi il y a régulation de
l’expression des gènes?
2.Qu’est-ce-que la
REGULATION GENETIQUE ?
3.Niveaux de régulation
I. Introduction
4

5. 5
Pour répondre aux conditions changeantes de
l’environnement immédiat
La question posée dans ce chapitre est celle du
choix des portions du génome devant être
exprimées à un moment donné dans un
environnement donné.
1.Pourquoi il y a régulation de l’expression des gènes?

6. 6
=Un moyen pour la cellule de développer des mécanismes
qui lui permettent de réprimer les gènes qui codent pour
des protéines inutiles et de les activer au moment où ils
deviennent nécessaires
2. Qu’est-ce-que la REGULATION GENETIQUE ?
Deux modes de régulation de l’expression d’un gène cible
par une molécule régulatrice :
1- d’une façon positive : l’interaction déclenche la transcription du gène
2- d’une façon négative : l’interaction empêche la transcription du gène

7. 7
3.Niveaux de régulation

8. 8
Quelques définitions
Facteur de transcription: protéine de régulation
transcriptionnelle.
Activateur: protéine qui stimule l’initiation de la
transcription favorise l’expression d’un gène.
Répresseur : protéine qui inhibe la transcription et
empêche l’expression d’un gène.
Opérateur : site cible de la protéine répresseur
(souvent proche du site d’initiation de la transcription)

9. 9
Gène de structure : code une protéine structurale, une
enzyme ou une protéine régulatrice.
Gène de régulation : code une protéine impliquée dans
la régulation d’expression d’autre gène.
Quelques définitions…

10. II-Contrôle au niveau du Promoteur
•
Le Promoteur:
Séquences d’ADN nécessaires à la
fixation de l’ARN polymérase sur la
matrice et à l’exécution de la
réaction d’initiation.
10

11. •
la séquence du promoteur est très
importante
Des études de comparaison de séquences
de différents promoteurs ont été réalisées
afin d’identifier leurs caractéristiques
nécessaires à leur reconnaissance par
l’ARN polymérase
11

12. Ces études ont retrouvé des séquences :
–variant peu d’un promoteur à l’autre
–présentes dans pratiquement tous les promoteurs
Ces séquences sont dites conservées
(faibles variations)
A partir de ces études, des séquences
consensus (séquences types) ont été
retenues
12

13. •
Séquence consensus (appelées aussi
boîte) :
succession de bases
pour laquelle l’homologie est maximale
pour différents promoteurs (pour chaque
position, c’est la base la plus
fréquemment retrouvée qui a été
retenue)
13

14. •
Il y a quatre séquences conservées
chez E. coli
•
–
–Le point de départ
--La séquence située en -10
•
–La séquence –35
•
–La distance entre les séquences –10
et -35
14

15. 15

16. •
La séquence –10 : la séquence
consensus ou boîte TATAAT ou
TATAAT box
•
–Juste en amont du point de départ
(environ 10 pb en amont)
•
–Région de 6 pb
•
–Présente dans la plupart des promoteurs
16

17. •
La séquence –35 :
•
–35 pb en amont du point de départ
Région de 6 pb
•
–Séquence consensus : TTGACA
17

18. •
La distance entre les sites –35 et -
10
•
–Varie de 16 à 19 pb
•
–Sa séquence n’a aucun rôle mais sa
longueur est primordiale
18

19. •
La distance entre les sites –35 et -
10
•
–Longueur permet de maintenir une
distance appropriée entre région –10
et région –35 pour se conformer à la
géométrie de l’ARN polymérase
19

20. 20

21. 21
La régulation en trans :
les facteurs transcriptionnels
Très nombreux
Contiennent :
–Un domaine de fixation à l’ADN:
différents types
–Un domaine d’activation de la
transcription= domaine de liaison à
d’autres protéines (ARN
polymérase,..)

22. 22
La régulation en trans :
 Rôle ++++ de la disposition relative
dans l’espace des différentes
protéines (plus importante que leur
distance relative par rapport au
promoteur)
 Rôle de la structure dans l’espace et
des interactions protéines-protéines
dans la régulation

23. 23
La Régulation en cis
Séquences régulatrices
Les gènes des eucaryotes
possèdent des séquences
régulatrices, souvent présentes en
amont du promoteur de ces gènes.

24. 24
On appelle le motif d'ADN régulé un
cis-régulateur,
le facteur de transcription se fixant
spécifiquement au cisrégulateur
de manière à l'activer ou à l'inhiber un
trans-régulateur.

25. 25
Les cis-régulateurs sont des
séquences de 6 à 15 nucléotides,
pouvant être placées en amont,
entre, ou dans les introns de la
séquence codante.
.

26. 26
Les trans-régulateurs reconnaissent
ces séquences et activent ou inhibent
leur expression.
Ces protéines possèdent
- un domaine de fixation sur l'ADN,
- un domaine d'action ( répression ou
activation )
- et souvent un domaine d'interaction
avec d'autres ligands

27. 27
Le domaine de fixation est souvent
constitué des structures suivantes :
 Hélice boucle-hélice,
 fermeture à Leucine,
 doigts de Zinc.

28. 28

29. 29
III-Chromatine et accessibilité de l'ADN
L'ADN peut exister sous forme lâche appelée
euchromatine,
ou sous forme
compactée:l'hétérochromatine.
Sous cette dernière forme, les gènes ne sont
pas accessibles aux polymérases.

30. 30

31. 31
1) Position des gènes le long du
chromosome
Certaines parties du chromosomes
sont plus condensées que d'autres.
Ainsi en plaçant un chromosome
près d'un télomère, on observe que
le gène est inexprimé.
En effet, les télomères sont des
régions condensées.

32. 32
Au cours du développement, en
changeant les régions qui sont
condensées,la cellule contrôle
quels gènes sont exprimés, et
permet la croissance normale de
l'organisme.

33. 33
Ex : les chromosomes
polyténiques sont des
chromosomes géants qui,
observés au microscope,
laissent apparaître des
bandes claires et des
bandes sombres.
Ces bandes correspondent
en fait à des alternances
entre régions condensées
et décondensées

34. 34

35. 35
2) Remaniement de la chromatine
En jouant sur la manière dont l'ADN
est enroulé autour
des nucléosomes, l'expression des
gènes est régulée.

36. 36

37. 37
3) Modification des histones
Les histones peuvent être
méthylés, acétylés et /ou
phosphorylés. Cela
modifie l'expression de l'ADN au
niveau de ces histones.

38. 38
4) Méthylation des bases
L'ADN peut être méthylé au niveau des
bases, notamment les répétitions de G
et C.
La méthylation des bases est reconnue
par des enzymes et déclenche la
condensation de l'ADN, et conduit donc
à l'inactivation des gènes.

39. 39
GCGCGCGCGCGCGC
CGCGCGCGCGCGCG
la méthylation est conservée au cours des
divisions cellulaires
ADN condensé
inaccessible

40. 40
IV- Régulation post-transcriptionnelle
A. Contrôle de la maturation des ARNm
Des protéines peuvent se lier au transcrit
primaire afin de modifier l'épissage
des introns.
En effet, elles peuvent activer ou inhiber
la coupure de certains introns.

41. 41
B. Contrôle de la traduction
La traduction d'un ARNm commence à
partir du premier codon AUG
rencontré. Cependant un ribosome
peut "sauter" un codon initiateur. En
effet, la détection de ce codon par le
ribosome dépend des codons voisins
et de la présence de facteurs de
traduction ( eIF ).

42. 42
V- La transduction du signal
A. Signalisation et traitement de
l'information
La transduction est la
transmission d'un message
extracellulaire vers les
facteurs de transcription
intracellulaires.

43. 43

44. 44
Différents messagers
extracellulaires peuvent déclencher
ces mécanismes :
 des hormones,
 des stimuli extérieurs ( lumière,
chaleur, nutriments ... )
 des interactions directes entre
cellules.

45. 45
Les récepteurs de ces messages sont
aussi variés :
ils peuvent être
 membranaires et alors le messager
reste hors de la cellule, la transmission
se fait par une suite de réactions,
 nucléaires et le messager entre dans
la cellule pour activer directement le
facteur de transcription.

46. 46
B. Récepteurs transmembranaires
La plupart des signaux extracellulaires ne
pouvant pas passer la membrane
plasmique, un récepteur membranaire va
transmettre le message.
Ils sont en général constitués
 d'un domaine de fixation extracellulaire,
 d'un autre domaine intracellulaire qui a
généralement une activité enzymatique.

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1)Protéines à 7 domaines
Ces protéines possèdent 7 hélices
intramembranaires.
Au contact du signal extracellulaire,
elles phosphorylent une protéineG
qui va alors se déplacer pour activer
une dernière enzyme, qui va alors
pouvoir transmettre le signal dans la
cellule .
Lorsque le signal n'est plus présent,
la protéine G perd son groupement
phosphate. Ces activations et
inactivations sont très rapides.

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La protéine G est en fait constituée de
deux sous-unités qui se séparent sous
l'action du récepteur activé.

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2) Tyrosine kinase
Ce récepteur est cette fois-ci constitué de deux
sous-unités.
Au contact du signal extracellulaire, elles
s'associent et leurs extrémités intracellulaires
deviennent phosphorylées au niveau des
Tyrosines.
Diverses protéines vont alors reconnaître
ce signal et s'activer.

50. 50

51. 51
3) Canaux ioniques
Ces protéines normalement fermées, peuvent être ouvertes par
l'intermédiaire
d'un ligand, ce qui va permettre le passage d'un certain type d'ions à
l'intérieur de la cellule. Ces récepteurs sont très fréquents au niveau des
synapses.

52. 52
C. Transmission de l'information
1) Modifications protéiques
À l'intérieur de la cellule, le signal
intracellulaire peut se faire par l'intermédiaire
d'enzymes qui deviennent activées par l'ajout
ou le retrait d'un groupement chimique,
Ce sont les kinases et les phosphatases qui
ajoutent ou retirent un groupement
phosphate.

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54. 54
2) Seconds messagers
Le signal intracellulaire peut aussi être
pris en charge par de petites molécules
appelées seconds messagers.
La concentration de ces messagers à
l'intérieur de la cellule fait varier son
métabolisme.
Par exemple, l'AMPc peut être
synthétisée par une adénylate
cyclase, ou consommée par une
phosphodiestérase.

55. 55

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Il existe aussi des phospholipides
membranaires qui peuvent jouer le
rôle de second messager, tel que le
phosphatidylinositol.

57. 57
Une Tyrosine kinase peut activer une
phospholipase C qui va couper le
phospholipide.
Le diacylglycérol ainsi libéré peut
activer une kinase C, tandis que
l'inositol peut activer certains
récepteurs, notamment pour libérer du
calcium dans les réticulums
endoplasmiques

58. QUESTIONS????
58