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2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_23 - Biologie

2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_23 - Biologie


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Objectifs d'apprentissage associés à 2020_SS1_Bis2a_Facciotti_Reading_23

  • Compte tenu du dogme central, proposer une justification de la nécessité de réguler chaque étape, y compris la dégradation des biomolécules.
  • Décrire les rôles des régulateurs transcriptionnels positifs et négatifs dans le contrôle de l'expression des gènes.
  • Dessinez des modèles qui aident à expliquer comment la liaison allostérique de petites molécules à des facteurs de transcription agissant à la fois positivement et négativement peut dans les deux cas expliquer leur capacité à « augmenter » ou à « réduire » la transcription d'une manière dépendante de la concentration des petites molécules.
  • Compte tenu des informations concernant la régulation allostérique d'une protéine de liaison à l'ADN, prédire quel effet une modification de la concentration du régulateur allostérique aurait sur la liaison d'un facteur de transcription à un élément régulateur.

Introduction à la régulation des gènes

La réglementation est une question de prise de décision. tissus).

Étant donné que le sujet de la réglementation est à la fois un sujet d'étude profond et vaste en biologie, dans Bis2a, nous ne couvrons pas tous les détails - il y en a beaucoup trop. Au lieu de cela, comme nous l'avons fait pour tous les autres sujets, nous essayons de nous concentrer sur (a) la description de certains concepts et questions logiques de base que vous devez avoir lorsque vous abordez N'IMPORTE QUEL scénario impliquant une réglementation, (b) l'apprentissage d'un vocabulaire commun et de mécanismes omniprésents et ( c) examiner quelques exemples concrets illustrant les points soulevés dans un et

b

.

L'expression du gène

introduction

Toutes les cellules contrôlent quand et combien chacun de ses gènes est exprimé. Cette déclaration simple - qui pourrait être dérivée de l'observation du comportement cellulaire - soulève de nombreuses questions que nous pouvons décomposer à l'aide de notre rubrique Design Challenge.

Essayer de définir "l'expression des gènes"

La première chose que nous devons faire, cependant, est de définir ce que cela signifie lorsque nous disons qu'un gène est « exprimé ». Si le gène code pour une protéine, on pourrait raisonnablement proposer que "l'expression" d'un gène signifie la quantité de protéine fonctionnelle produite par la cellule. Mais que se passe-t-il si le gène ne code pas pour une protéine mais pour un ARN fonctionnel. Alors, dans ce cas, « exprimé pourrait signifier quelle quantité d'ARN fonctionnel la cellule fabrique. peut vouloir compter combien de transcriptions complètes sont faites. Est-ce le nombre de produits finaux codés par l'information génomique ou est-ce le nombre de lectures de l'information importante pour décrire correctement "l'expression". Malheureusement, dans la pratique, nous constatent souvent que la définition dépend du contexte de la discussion. Gardez cela à l'esprit. Pour être sûr que nous parlons bien de la même chose, dans Bis2A, nous essaierons d'utiliser le terme création du ou des produits fonctionnels finaux Selon le cas particulier, le produit final peut être une protéine ou une espèce d'ARN.

Le défi de conception de la régulation de l'expression des gènes

Pour conduire cette discussion dans une perspective de défi de conception, nous pouvons formellement stipuler que le « gros problème » que nous souhaitons sous-estimer est celui de la régulation de l'abondance des protéines dans une cellule. Problème : La cellule doit réguler l'abondance de chaque protéine fonctionnelle. On peut alors commencer par poser des sous-problèmes :

Prenons un moment, cependant, d'abord pour recharger quelques idées. Le processus d'expression des gènes nécessite plusieurs étapes selon le sort du produit final. Avec les ARN structurels et régulateurs (c'est-à-dire ARNt, ARNr, ARNsn, etc.), le processus nécessite qu'un gène soit transcrit et que tout traitement post-transcriptionnel nécessaire ait lieu. Avec un gène codant pour une protéine, le transcrit doit également être traduit en protéine et, si nécessaire, des modifications doivent également être apportées à la protéine. La transcription et la traduction sont des processus en plusieurs étapes, et la plupart de ces sous-étapes sont également des sites potentiels de contrôle.

Certains sous-problèmes pourraient donc être :

  1. Il est raisonnable de postuler qu'il doit y avoir un mécanisme(s) pour réguler la première étape de ce processus en plusieurs étapes, l'initiation de la transcription (juste faire démarrer les choses). Ainsi, nous pourrions déclarer, "nous avons besoin d'un mécanisme pour réguler l'initiation de la transcription." Nous pourrions également transformer cela en une question et demander : « comment l'initiation de la transcription peut-elleêtre accompli"?
  2. Nous pouvons utiliser une réflexion similaire pour déclarer : « nous avons besoin d'un mécanisme pour réguler la fin de la transcription » ou pour demander « comment se termine la transcription ? »
  3. À l'aide de cette convention, nous pouvons affirmer « nous devons réguler le début de la traduction et l'arrêt de la traduction ».
  4. Nous n'avons parlé que de la synthèse des protéines et de l'ARN. Il est également raisonnable d'affirmer que « nous avons besoin d'un mécanisme pour réguler la dégradation de l'ARN et des protéines ».

Se concentrer sur la transcription

Dans ce cours, nous commençons par nous concentrer principalement sur l'examen des premiers problèmes/questions, la régulation de l'initiation et de la terminaison de la transcription - de l'information génomique à un ARN fonctionnel, soit prêt tel quel (par exemple avec un ARN fonctionnel) soit prêt pour la traduction. Cela nous permet d'examiner certains concepts fondamentaux concernant la régulation de l'expression des gènes et d'examiner quelques exemples réels de ces concepts en action.

Sous-problèmes pour la transcription et l'activité de l'ARN polymérase

Considérons un gène codant pour une protéine et travaillons selon une certaine logique. Nous commençons par imaginer un cas simple, où un gène codant pour une protéine est codé par un seul tronçon contigu d'ADN. Nous savons que pour transcrire ce gène, une ARN polymérase devra être recrutée au début de la région codante. L'ARN polymérase n'est pas "intelligente" en soi. Il doit y avoir un mécanisme, basé sur la logique chimique, pour aider à recruter l'ARN polymérase au début du gène codant pour la protéine. De même, si ce processus doit être régulé, il doit y avoir un mécanisme ou des mécanismes pour dicter quand une ARN polymérase doit être recrutée au début d'un gène, lorsque il ne devrait pas, et/ou si il est recruté dans l'ADN s'il doit commencer la transcription et combien de fois ce processus devrait avoir lieu. Notez que la phrase précédente comporte plusieurs sous-problèmes/questions distincts (par exemple, quand la polymérase est-elle recrutée ? si elle est recrutée, doit-elle commencer la transcription ? ; si elle démarre la transcription, combien de fois ce processus doit-il se répéter ?). Nous pouvons également raisonnablement en déduire qu'il devra y avoir des mécanismes pour "ordonner" (plus d'anthropomorphismes) à la polymérase d'arrêter la transcription. Enfin, puisque le rôle de la transcription est de créer des copies d'ARN des segments du génome, nous devrions également considérer les problèmes/questions liés à d'autres facteurs qui influencent l'abondance de l'ARN, comme les mécanismes de dégradation. Il doit y avoir des mécanismes, et ces mécanismes impliqueront probablement la régulation de ce processus.

Un schéma montrant un gène codant pour une protéine et quelques questions ou problèmes que nous devons nous poser ou des problèmes auxquels nous devons trouver des solutions si nous voulons comprendre comment la régulation de la partie transcriptionnelle de l'expression du gène est régulée. Attribution : Marc T. Facciotti (œuvre personnelle)

Activation et répression de la transcription

Quelques bases

Considérons un gène codant pour une protéine et travaillons selon une certaine logique. Il doit y avoir un mécanisme, basé sur la logique chimique, pour aider à recruter l'ARN polymérase au début du gène codant pour la protéine. De même, si ce processus doit être régulé, il doit y avoir un mécanisme ou des mécanismes pour dicter quand une ARN polymérase doit être recrutée au début d'un gène, quand elle ne devrait pas, et/ou si elle est recrutée dans l'ADN. , s'il doit commencer la transcription et combien de fois ce processus doit se produire. quand la polymérase est-elle recrutée ?, si elle est recrutée doit-elle commencer la transcription ?, si elle démarre la transcription, combien de fois ce processus doit-il se répéter ?). Nous pouvons également raisonnablement en déduire qu'il devra y avoir des mécanismes pour "ordonner" (plus d'anthropomorphismes) à la polymérase d'arrêter la transcription.

Recrutement de l'ARN polymérase sur des sites spécifiques

Pour initier la transcription, l'ARN polymérase doit être recrutée dans un segment d'ADN proche du début d'une région d'ADN codant pour un transcrit fonctionnel. Cependant, la fonction de l'ARN polymérase telle que décrite jusqu'à présent n'est pas de lier des séquences spécifiques mais de se déplacer le long de n'importe quel segment d'ADN. Le recrutement de la polymérase sur un site spécifique semble donc contradictoire avec son comportement habituel. Expliquer cette contradiction nous oblige à invoquer quelque chose de nouveau. L'une ou l'autre transcription peut commencer n'importe où et seuls les événements qui conduisent à un transcrit productif complet font quelque chose d'utile ou quelque chose d'autre que l'ARN polymérase elle-même aide à recruter l'enzyme au début d'un gène. Ce dernier, que nous tenons maintenant pour acquis, est le cas.

Le recrutement de l'ARN polymérase est médié par des protéines appelées facteurs de transcription généraux. Chez les bactéries, ils portent un nom particulier : les facteurs sigma. Chez les archées, elles sont appelées protéine de liaison TATA et facteur de transcription IIB. Chez les eucaryotes, les parents des protéines archées fonctionnent avec beaucoup d'autres pour recruter l'ARN polymérase. Les facteurs de transcription généraux ont au moins deux fonctions de base : (1) ils peuvent reconnaître chimiquement une séquence spécifique d'ADN et (2) ils peuvent lier l'ARN polymérase. Ensemble, ces deux fonctions des facteurs de transcription généraux résolvent le problème du recrutement d'une enzyme qui, autrement, n'est pas capable de se lier à un site d'ADN spécifique. Dans certains textes, les facteurs de transcription généraux (et en particulier les variétés de facteurs sigma) sont dits faire partie de l'ARN polymérase. Bien qu'ils fassent partie du complexe lorsqu'ils aident à cibler l'ARN polymérase, ils ne continuent pas avec l'ARN polymérase après le début de la transcription.

Le site d'ADN qui recrute une ARN polymérase a un nom spécial. Nous l'appelons un promoteur. Alors que les séquences d'ADN de différents promoteurs n'ont pas besoin d'être exactement les mêmes, différentes séquences de promoteurs ont typiquement des propriétés chimiques spéciales en commun. Évidemment, une propriété est qu'ils peuvent s'associer à une ARN polymérase. De plus, le promoteur a généralement une séquence d'ADN qui facilite la dissociation de l'ADN double brin de telle sorte que la polymérase puisse commencer à lire et à transcrire la région codante. (Remarque : techniquement, nous aurions pu décomposer les propriétés du promoteur en sous-problèmes de défi de conception. Ici, nous l'avons ignoré, mais vous devriez toujours pouvoir revenir en arrière et créer les énoncés de problème et/ou les questions pertinentes une fois que vous avez découvert les promoteurs).

Dans presque tous les cas, mais particulièrement dans les systèmes eucaryotes, le complexe de protéines qui s'assemble avec l'ARN polymérase au niveau des promoteurs (généralement appelé complexe de pré-initiation) peut compter des dizaines de protéines. Chacune de ces autres protéines a une fonction spécifique, mais c'est beaucoup trop de détails pour approfondir pour Bis2A.

Un modèle du complexe de pré-initiation E. coli. Le facteur sigma est coloré en rouge. L'ADN est représenté par des tubes oranges et des structures annulaires opposées. Le reste du complexe de pré-initiation est coloré en rose. Notez que l'ADN a des régions de la double hélice et une structure ouverte à l'intérieur du PIC. Attribution : Structure dérivée des coordonnées PDB (4YLN) Marc T. Facciotti (propre travail)

Un modèle abstrait d'une unité transcriptionnelle générique illustré ci-dessus avec l'ajout d'un promoteur et d'un PIC. Les questions notées précédemment qui ne seront probablement pas couvertes dans Bis2a ont été grisées. Facciotti (propre travail)

États d'un promoteur réglementé

Puisque les promoteurs recrutent une ARN polymérase, ces sites et l'assemblage du complexe de pré-initiation sont des sites évidents pour réguler les premières étapes de l'expression génique. Au niveau de l'initiation de la transcription, nous classons souvent le promoteur dans l'une des trois classes. Nous appelons le premier constitutif. Les promoteurs constitutifs ne sont généralement pas réglementés très fortement. Leur état de base est « on ». Lorsque la transcription constitutive d'un promoteur est très élevée (par rapport à la plupart des autres promoteurs), nous appellerons familièrement ce promoteur un promoteur "fort constitutif". Si la quantité de transcription d'un promoteur constitutif est faible (par rapport à la plupart des autres promoteurs), nous appelons ce promoteur un promoteur « constitutif faible ».

Une deuxième façon de classer les promoteurs par l'utilisation du terme activé ou équivalent induit. Ces termes interchangeables sont utilisés pour décrire des promoteurs sensibles à un certain stimulus externe et répondent audit stimulus en augmentant la transcription. Les promoteurs activés ont un état de base présentant peu ou pas de transcription. La transcription est alors "activée" en réponse à un stimulus - le stimulus active le promoteur.

Enfin, le troisième terme utilisé pour classer les promoteurs est l'utilisation du terme refoulé. Ces promoteurs répondent également aux stimuli mais le font en diminuant la transcription. L'état de base de ces promoteurs est un certain niveau basal de transcription, et le stimulus agit pour refuser ou réprimer la transcription. La transcription est "réprimée" en réponse à un stimulus - le stimulus désactive le promoteur.

Les exemples donnés ci-dessus supposent qu'un seul stimulus agit pour réguler les promoteurs. Bien que ce soit le cas le plus simple, de nombreux promoteurs peuvent intégrer des informations différentes et peuvent être alternativement activés par certains stimuli et réprimés par d'autres stimuli.


Discussion possible au N.-B. Point

Dans Bis2A, vous avez appris à quel point il est important pour la cellule de pouvoir réguler sa biologie, avec plusieurs exemples de mécanismes de régulation. Compte tenu de cela, pouvez-vous expliquer pourquoi il est avantageux d'avoir encore des promoteurs constitutifs qui ne sont généralement pas très fortement réglementés ? À quels types de gènes vous attendriez-vous pour avoir un promoteur constitutif fort ? Qu'en est-il d'un promoteur constitutif faible ?


Les facteurs de transcription aident à réguler le comportement d'un promoteur

Comment les promoteurs sont-ils sensibles aux stimuli externes ? Mécaniquement, à la fois l'activation et la répression nécessitent des protéines régulatrices pour modifier la sortie transcriptionnelle du gène observé. Les protéines responsables d'aider à réguler l'expression sont généralement appelées facteurs de transcription. Les séquences d'ADN spécifiques liées par des facteurs de transcription sont souvent appelées opérateurs et la plupart du temps, les opérateurs sont très proches des séquences promotrices.

Voici où la nomenclature devient potentiellement confuse - en particulier lors de la comparaison entre la recherche bactérienne et eucaryote. Dans

recherche bactérienne

, si le facteur de transcription agit en liant l'ADN et l'ARN polymérase d'une manière qui augmente la transcription, alors il est généralement appelé un activateur. Si, en revanche, le facteur de transcription agit en se liant à l'ADN pour réprimer ou diminuer la transcription du gène, il est alors appelé un répresseur.

Pourquoi les classifications d'activateur et de répresseur sont-elles potentiellement problématiques ? Ces termes décrivent les protéines avec des fonctions uniques idéalisées. Bien que cela puisse être vrai avec certains facteurs de transcription, en réalité d'autres facteurs de transcription peuvent agir pour activer l'expression des gènes dans certaines conditions tout en réprimant dans d'autres conditions. Certains facteurs de transcription agiront pour moduler l'expression vers le haut ou vers le bas en fonction du contexte plutôt que de « désactiver » la transcription ou de l'activer complètement. Pour éviter une partie de cette confusion, certains de vos instructeurs préfèrent éviter d'utiliser les termes activateur et répresseur et préfèrent plutôt discuter de l'activité de la transcription de divers facteurs de transcription en tant qu'influence positive ou négative sur l'expression des gènes dans des cas spécifiques. Si nous utilisons ces termes, vous pourriez entendre votre instructeur dire que le facteur de transcription en question AGIT COMME/COMME un répresseur ou qu'il agit COMME/COMME un activateur, en prenant soin de ne pas l'appeler simplement un activateur ou un répresseur. Cependant, il est plus probable que vous les entendiez dire qu'un facteur de transcription agit pour influencer positivement ou négativement la transcription.

ATTENTION : En fonction de votre instructeur, vous pouvez couvrir quelques exemples biologiques réels de mécanismes de régulation positifs et négatifs. Ces exemples spécifiques utiliseront les noms communs des facteurs de transcription - puisque les exemples seront typiquement tirés de la littérature bactérienne, les noms des facteurs de transcription peuvent inclure les termes « répresseur » ou « activateur ». Ces noms sont des reliques de l'époque où ils ont été découverts pour la première fois. Essayez de passer plus de temps à examiner la logique du fonctionnement du système que d'essayer de mémoriser les propriétés spéciales de cette protéine spécifique dans tous les autres cas portant la même étiquette. Ce n'est pas parce que nous étiquetons une protéine comme un répresseur qu'elle agit uniquement comme un régulateur négatif dans tous les cas ou qu'elle interagit avec des signaux externes de la même manière que dans l'exemple.


Discussion possible au N.-B. Point

Selon vous, quels types d'interactions se produisent entre les acides aminés du facteur de transcription et la double hélice de l'ADN ? Comment les facteurs de transcription reconnaissent-ils leur site de liaison sur l'ADN ?


Modulateurs allostériques de protéines régulatrices

L'activité de nombreuses protéines, y compris les protéines régulatrices et divers facteurs de transcription, peut

êtreallostériquementmodulé

divers facteurs, notamment par l'abondance relative de petites molécules dans la cellule. Nous appelons souvent ces petites molécules inducteurs ou co-répresseurs

ou

co-activateurs et sont souvent des métabolites, tels que le lactose ou le tryptophane ou de petites molécules régulatrices, telles que

camp

ou GTP. Ces interactions permettent à la TF de répondre aux conditions environnementales et de moduler sa fonction en conséquence. Il aide à décider s'il faut transcrire un gène en fonction de l'abondance du signal environnemental.

Imaginons un régulateur transcriptionnel négatif. Dans le cas le plus simple que nous ayons considéré jusqu'à présent, la transcription d'un gène avec un site de liaison pour ce facteur de transcription serait faible lorsque le TF est présent et élevée lorsque le TF est absent. Nous pouvons maintenant ajouter une petite molécule à ce modèle. Ici, la petite molécule peut se lier au régulateur transcriptionnel négatif via des ensembles de liaisons hydrogène et ioniques complémentaires. Dans ce premier exemple, nous considérerons le cas où la liaison de la petite molécule au TF induit un changement de conformation du TF qui réduit sévèrement sa capacité à se lier à l'ADN. Si tel est le cas, le régulateur négatif - une fois lié par sa petite molécule - se libérerait de l'ADN. Cela ferait

ainsi

soulager l'influence négative et conduire à une transcription accrue. Cette logique réglementaire pourrait être appropriée pour avoir évolué dans le scénario suivant : une petite molécule alimentaire est typiquement absente de l'environnement. Par conséquent, les gènes codant pour des enzymes qui vont dégrader/utiliser ce

la nourriture doit être conservée

"off" la plupart du temps pour préserver l'énergie cellulaire que leur synthèse utiliserait. Un régulateur négatif pourrait accomplir cela. Lorsque la denrée alimentaire apparaît dans l'environnement, il conviendrait que les enzymes responsables de sa transformation

être exprimé

. L'aliment pourrait alors agir en se liant au régulateur négatif, en changeant la conformation du TF, en provoquant sa libération de l'ADN et en activant la transcription des enzymes de transformation.

Un modèle abstrait d'une unité transcriptionnelle générique régulée par un régulateur négatif dont l'activitéest modulépar une petite molécule (représentée par une étoile). Ici, la liaison de la petite molécule provoque la libération du TF de l'ADN. Attribution:Marc T. Facciotti (propre travail)

Nous pouvons considérer un deuxième modèle pour la façon dont un TF à action négative pourrait interagir avec une petite molécule. Ici, le TF seul ne peut pas lier son site de régulation à l'ADN. Cependant, lorsqu'une petite molécule se lie auTFun changement de conformation se produit qui réoriente les acides aminés de liaison à l'ADN dans l'orientation « correcte » pour la liaison à l'ADN. Le complexe TF-petite molécule se lie maintenant à l'ADN et agit pour influencer négativement la transcription.

Un modèle abstrait d'une unité transcriptionnelle générique régulée par un régulateur négatif dont l'activitéest modulépar une petite molécule (représentée par une étoile). Ici, la liaison de la petite molécule amène le TF à se lier à l'ADN. Attribution:Marc T. Facciotti (propre travail)

Notez comment l'activité de la TF peut

être modulé

de manière très différente par une petite molécule. Selon la protéine, la liaison de ce signal externe peut soit provoquer la liaison du complexe TF-petite molécule à l'ADN OU la liaison de la petite molécule peut provoquer la libération du complexe TF-petite molécule de l'ADN. Nous pouvons travailler sur les mêmes types d'exemples pour un régulateur positif.

Dans les deux cas proposés ci-dessus, la liaison d'une petite molécule à un TF

dépendra

sur la force avec laquelle le TF interagit avec la petite molécule. Cela dépendra des types et de l'orientation spatiale des groupes fonctionnels chimiques de la protéine, de leurs états de protonation (le cas échéant) et des groupes fonctionnels complémentaires sur la petite molécule. Il ne devrait donc pas être surprenant d'apprendre que la liaison de la petite molécule au TF dépendra de divers facteurs, y compris, mais sans s'y limiter, les concentrations relatives de la petite molécule et du TF et du pH.

S'agit-il d'une régulation positive ou négative ?

Résoudre un point commun de confusion

Il n'est pas rare que de nombreux étudiants Bis2a

être un peu confus

sur la façon de déterminer si un facteur de transcription agit comme un régulateur positif ou négatif. Cette confusion survient souvent après une discussion sur les modes selon lesquels le stimulus (c'est-à-dire une petite molécule) peut influencer l'activité d'un facteur de transcription. Ce n'est pas trop surprenant. Dans les exemples ci-dessus, la liaison d'une molécule effectrice à un facteur de transcription pourrait avoir l'un de deux effets différents : (1) la liaison de la molécule effectrice pourrait induire la libération d'un facteur de transcription lié à l'ADN à partir de son site de liaison,

dépressif

un promoteur, et "l'activation" de l'expression du gène. (2) la liaison de la molécule effectrice au facteur de transcription pourrait inciter le TF à se lier à son site de liaison à l'ADN, réprimant la transcription et "désactivant" l'expression génique. Dans le premier cas, il peut sembler que le TF

agit

pour réguler positivement l'expression, alors que dans le deuxième exemple, il peut sembler que le TF agit négativement.

Cependant, dans les deux exemples ci-dessus, le TF

agit

comme régulateur négatif. Pour le déterminer, nous examinons ce qui se passe lorsque le TF se lie à l'ADN (qu'il s'agisse d'une petite molécule

est attaché

au TF ou non). Dans les deux cas, la liaison du TF à l'ADN réprime la transcription. Le TF agit donc comme un régulateur négatif. Nous pouvons mener une analyse similaire pour les TF à action positive.

Notez que parfois un TF peut agir comme un régulateur positif chez un promoteur et un régulateur négatif chez un promoteur différent, il est donc souvent important de décrire le comportement du TF au cas par cas (lire trop à partir du nom qu'il a

été attribué

peut parfois induire en erreur). D'autres protéines TF peuvent agir alternativement en tant que régulateurs positifs ou négatifs du même promoteur selon les conditions. Encore une fois, décrire le comportement du TF spécifiquement pour chaque cas

est conseillé

.

Un test génétique pour la fonction régulatrice positive ou négative d'un TF

Comment déterminer si une protéine régulatrice fonctionne de manière positive ou négative ? Un test génétique simple consiste à demander « qu'arrive-t-il à l'expression si la protéine régulatrice est absente ? Ceci peutêtre accomplien retirant du génome le gène codant pour le facteur de transcription. Si un facteur de transcription agit positivement, alorssa présence est requisepour activer la transcription. En son absence, il n'y a pas de protéine régulatrice, donc pas d'activation, et le résultat est une baisse des niveaux de transcription d'un gène cible. L'inverse est vrai pour un facteur de transcription agissant négativement. Dans sonabsencel'expression devraitêtre augmenté, parce que le gène maintenant une expression faible n'est plus là.

Fin de la transcription et dégradation de l'ARN

Terminaison de la transcription chez les bactéries

Une fois un gène

est transcrit

, la polymérase bactérienne doit

être instruit

se dissocier de la matrice d'ADN et libérer le nouveau

ARNm

. Selon le gène à transcrire, il existe deux types de signaux de terminaison. L'un est

protéine

-basé

et

l'autre est à base d'ARN. Terminaison Rho-dépendante

est contrôlée

par le

rhô

protéine, qui suit la polymérase sur la croissance

ARNm

chaîne. Vers la fin du gène, la polymérase rencontre une série de nucléotides G sur la matrice d'ADN et elle cale. En conséquence, le

rhô

la protéine entre en collision avec la polymérase. L'interaction avec rho libère le

ARNm

de la bulle de transcription.

Résiliation indépendante de Rho

est contrôlée

par des séquences spécifiques dans le brin matrice d'ADN. Lorsque la polymérase approche de la fin du gène en cours de transcription, elle rencontre une région riche en nucléotides C-G. Les

ARNm

se replie sur lui-même et les nucléotides complémentaires C-G se lient

ensemble

. Le résultat est une stabilité épingle à cheveux qui provoque le blocage de la polymérase dès qu'elle transcrit une région riche en nucléotides A–T. La région complémentaire U–A du

ARNm

le transcrit ne forme qu'une faible interaction avec l'ADN matrice. Ceci, couplé à la polymérase bloquée, induit suffisamment d'instabilité pour que l'enzyme centrale se détache et libère le nouveau

ARNm

transcription.

Terminaison de la transcription chez les eucaryotes

La terminaison de la transcription est différente pour les différentes polymérases. Contrairement aux procaryotes, l'élongation par l'ARN polymérase II chez les eucaryotes a lieu1,000–2 000 nucléotides au-delà de la fin du gène à transcrire. Ce pré-ARNmqueueest ensuite supprimépar clivage pendantARNmEn traitement.D'autre part, l'ARNles polymérases I et III nécessitent des signaux de terminaison. Les gènes transcrits par l'ARN polymérase I contiennent une séquence spécifique de 18 nucléotides quiest reconnupar une protéine de terminaison. Le processus de terminaison dans l'ARN polymérase III impliqueunARNmépingle à cheveux semblable àrhô-terminaison indépendante de la transcription chez les procaryotes.

Terminaison de la transcription chez les archées

La terminaison de la transcription chez les archées est beaucoup moins étudiée que dans les deux autres domaines de la vie etn'est toujours pas bien compris. Alors que les détails fonctionnels sont susceptibles de ressembler à des mécanismes qui ontété vudans les autres domaines dela vieles détails sont au-delàla portée dece cours.

Dégradation de l'ARN

La durée de vie des différentes espèces d'ARN dans la cellule peut varier considérablement, de quelques secondes à quelques heures. La durée de vie moyenne deARNmpeut également varier considérablement selon l'organisme. Par exemple, la durée de vie médiane deARNmdans E. coli est d'environ 5 minutes. La demi-vie deARNmdans la levure est d'environ 20 minutes et 600 minutes pour les cellules humaines. Certaines dégradations sont « ciblées ». Certains transcrits incluent une courte séquence qui les cible pour les enzymes de dégradation de l'ARN, accélérant ainsi le taux de dégradation. Il ne faut pas trop d'imagination pour en déduire que ce processus pourrait égalementêtre à l'écoute de l'évolutionpour différents gènes. Réaliser que la dégradation - et le réglage de la dégradation - peut également être un facteur de contrôle de l'expression d'un gène est suffisant pour Bis2a.

Fin de l'accord

Comme tous les autres processus biologiques, la terminaison de la transcription n'est pas parfaite. Parfois, l'ARN polymérase peut lire les séquences de terminaison et transcrire les gènes adjacents. C'estparticulièrementvrai dans les génomes bactériens et archéens où la densité des gènes codants est élevée. Cette lecture transcriptionnelle peut avoir divers effets, mais les deux résultats les plus courants sont : (1) Si les gènes adjacentssont encodéssur le même brin d'ADN que le gène activement transcrit, les gènes adjacents peuvent égalementêtre transcrit. (2) Siles gènes adjacents sont transcritssur le brin opposé des gènes activement transcrits, la lecture de l'ARN polymérase interfère avec les polymérases transcrivant activement le gène voisin.Sans surprise, la biologiea parfois développé des mécanismes qui agissent à la fois pour minimiser l'influence de la lecture et pour en tirer parti. Par conséquent, la "force" d'un terminateur - et son efficacité determinertranscription dans une direction particulière - sont "accordés" par la Nature et "utilisé" (notez l'anthropomorphisme entre guillemets) pour réguler l'expression des gènes.

Un modèle abstrait d'une unité transcriptionnelle de base complète et des diverses « parties » codées sur l'ADN qui peuvent influencer l'expression du gène. Nous attendons des étudiants de Bis2A qu'ilsêtre capable derecréer une figure conceptuelle similaire de mémoire. Attribution:Marc T. Facciotti (propre travail)

Résumé de la régulation des gènes

Dans le texte précédent, nous avons examiné plusieurs façons de résoudre certains problèmes de conception associés à la régulation de la quantité detranscriptioncetteest créépour une seule région codante du génome. Nous avons examiné en termes abstraits certains processus responsables du contrôle de l'initiation de la transcription, comment ceux-ci peuventêtre faitsensible aux facteurs environnementaux, ettrèsbrièvement sur les processus quimettre fintranscription et gérer la dégradation active de l'ARN. Nous avons également discuté de la façon dont la nature peut ajuster quantitativement chacun de ces processus pour qu'il soit « plus fort » ou « plus faibleet que ce réglage de la « force » (par exemple, la force du promoteur, les taux de dégradation, etc.)Influencele comportement du processus global de manière potentiellement importante sur le plan fonctionnel.