1
Q
Définition: l’Expression génitque:
A
Processus par lequel une info génétique contenue dans un gène est lue et une molécule effectrice correspondante (ARN ou prot) est produite
2
Q
Régulation de l’expression génique?
A
Mécanismes par lesquels on change la quantité de molécules effectrices effectives
(par ex modification de production et/ou dégradation)
3
Q
Un gène exprimé veut dire que ?
A
La protéine codée par ce gène se trouve dans la C
4
Q
Profil d’expression? (2)
A
- Expression d’un gène donné dans plusieurs types cellulaires
- Expression de plusieurs gènes dans un type cellulaire donné
5
Q
Qu’est-ce que ça signifie quand on dit qu’un gène est activé?
A
Il n’était pas utilisé avant un évènement et il commence à être transcrit
6
Q
Pourquoi contrôler l’expression génique? (3)
A
- S’adapter à un environnement changeant pour contrôler l’équilibre intérieur (homéostasie)
→ sentir les chgts + réagir et s’adapter - S’adapter à ses propres besoins qui évoluent au cours du tps
→ fécondation, blastocyste, embryon, enfant, adulte etc. (possible malformation) - S’adapter aux besoins de la C particulière
→ lymphocytes et neurones n’ont pas les mêmes besoins
==> Manière de s’adapter = changer l’expression des gènes en fonction des besoins
7
Q
Contrôle de l’expression génique chez les organismes multicellulaires: Pourquoi?
Exemple de modification inappropriée…
A
Développement d’un œuf en organisme adulte nécessite bcp de changements dans l’expression génique au cours du temps
(= adaptation a ses propre besoins)
Modification inappropriée du contrôle des gènes
→ anomalie
Ex: polydactylie
8
Q
Contrôle de l’expression génique chez les organismes multicellulaires adultes: Pourquoi? (+ ex)
A
Différents types cellulaires:
formes et fonctions différentes = besoins différents
→ lymphocytes et neurones: même génome mais expriment des gènes différents
→ Une même cellule peut remplir des fonctions différentes selon son état de différenciation (Ex: lymphocyte B mature et immature)
9
Q
Trois profils d’expression génique:
+ expliquer
A
- Fonctions essentielles:
→ house-keeping genes sont exprimés dans toutes les C en permanence et remplissent les fonctions de base de la C - Spécificité cellulaire:
→ certains doivent être exprimés uniquement dans certaines cellules
(ex prod de neurotransmetteurs par les neurones) - En réponse à des signaux:
→ certains doivent être exprimés différemment en réponse à des signaux intra ou extraC
10
Q
Points de contrôle de l’expression génique (5):
A
- Transcription (ARNpol n’est pas recrutée sur le site)
- Maturation du transcrit (épissage, polyadénylation)
- Transport de l’ARNm
- Stabilité de l’ARNm
- Synthèse, activité et stabilité de la protéine
11
Q
Définition: Profil d’expression génique: (+ex)
A
= Quantités relatives de tous les ARN présents à un moment donné dans un ensemble de cellules ou dans une cellule donnée
→ On compare 2 conditions et on décrit les gènes qui sont ± exprimés dans une condition par rapport à l’autre
Ex: contrôle par les HOMONES → certains ARN sont plus exprimés que d’autres
12
Q
Point de contrôle primordial lors de la transcription (début):
A
Liaison de l’ARNpolymérase (fixation sur le promoteur)
13
Q
Quels sont les 2 problèmes lors de la liaison de l’ARNpol?
A
- Taille du Génome très grande
→ comment trouver l’info importante? - Génome empaqueté sous forme de chromatine
→ peu accessible
14
Q
Quels sont les deux types de «signaux» (éléments physiques) sur l’ADN qui aident la pol2?
Sur quoi agissent-t-ils?
A
- Promoteur donne:
→ position (donc le brin)
→ sens de déplacement - Élément régulateur (= courts segments d’ADN à séquence très variable)
→ accessibilité
→ niveau d’expression
15
Q
Définition: PROMOTEUR
A
Court segment d’ADN localisé au début des gènes et contenant des éléments de séquence permettant la liaison de l’ARN polymérase et indiquant le site d’initiation de la transcription et le sens de la trasncription
16
Q
- Combien de séquences consensus possède un promoteur? Desquelles s’agit-il?
- Les séquences consensus sont-elles double brins? Simple brins?
A
- TATA (~30 nucléotides)
- INR (site d’initation de transcription)
= ~30 nucl plus loin sur le brin non matrice
==> DOUBLE BRINS! (permettent la fixation au début du gène)
⚠︎ En fait, TATA est la séquence qui revient le + fréquemment (= séquence consensus) mais elle est en fait plus longue: TATAA (=celle qui revient le + souvent)
17
Q
Def d’une séquence consensus
A
Séquence la plus fréquente à chaque position d’un alignement de fréquences
→ nécess pour TATA et INR
TATA: TATA T/A A A/T (TATAAA)
INR: C/T C/T AN T/A C/T C/T
18
Q
Les ARN pol II des eucaryotes peuvent-elles se lier seules au promoteur? De quoi ont-elles besoin?
A
NON
→ Besoin de facteurs généraux de transcription
19
Q
Définition: Facteurs généraux de transcription (GTF):
(Nécessaires à quoi spécifiquement?)
A
Protéines venant s’assembler sur le promoteur pour former un complexe d’initiation de transcription
→ Ces facteurs sont nécessaires à la transcription de tous les gènes transcrits par l’ARN pol2
20
Q
Facteur de transcription important?
+ déroulement
A
TFIID
- vient se fixer sur le promoteur des gènes
- joue un rôle clé dans la reconnaissance de la boîte TATA grâce à sa sous-unité TBP (TATA binding protein) et de la séq INR (avec une autre sous-unité)
→ TBD détermine le site d’assemblage de la machinerie
Pour les 3 ARNpol
21
Q
V/F: TFIID permet l’assemblage d’un complexe d’initiation de transcription contenant plus de 100 protéines, dont l’ARN pol2 et les autres GTFs
A
Vrai
22
Q
La liaison de TBP à la boîte TATA provoque
A
Une déformation et forte torsion de l’ADN
23
Q
Quels sont les 2 modèles hypothétiques possibles de l’assemblage du complexe d’initiation de transcription?
A
- Plusieurs étapes (= assemblage sur le promoteur)
- Une étape (= pré-assemblé)
24
Q
Si les promoteurs sont asymétriques, qu’est-ce que ça implique pour TFIID? (2)
A
- la liaison de TFIID ne peut se faire que dans une direction
- la liaison détermine donc non seulement le point de départ mais aussi le sens de la transcription et le brin d’ADN à transcrire car elle le lit de 3’ vers 5’ pour synthétiser dans le sens 5’-3’
25
Quelles sont les fonctions des facteurs généraux? (4)
= Nécessaires pour la transcription de TOUS les gènes transcrits par l’ARN Pol2
- Permettent la liaison de l’ARN pol
- Séparent les 2 brins d’ADN (bulle)
- Promeuvent le départ de l’ARN pol
- Participent au couplage transcription-maturation des ARNm (TFIIH et CTD)
26
Dans quelles étapes sont impliqués les facteurs généraux? (4)
- Liaison de l'ARNpol
- Ouverture de l'ADN
- Initiation de la synthèse d'ARN
- Élongation
27
Que sont deux séquences palindromiques?
Elles ont une symétrie en miroir
28
Quels facteurs sont contenus dans la CTD de l'ARNpol II?
- Facteurs de **polyadénylation**
(+ s'occupent de couper aussi) → queue
- Facteurs **d'épissage**
- Facteur de **coiffage**
→ ceci permet à ces facteurs de voyager avec l'ARNpol2 et peuvent être transférés sur le transcrit primaire lors de sa synthèse
29
Que fait le facteur général de transcription **TFIIH**? (2)
Comment?
Qu'est-ce que ça permet d'expliquer?
Il permet la fixation et la libération des facteurs du CTD de l'ARNpol2 en **phosphorylant le CTD**
(grâce à une enzyme située dans le TFIIH).
→ Explique la _spécificité_ du coiffage, de l’épissage et de la polyadénylation
30
**V/F**: Phosphorylation du CTD permet donc le couplage entre la transcription et la maturation des transcrits primaires
Vrai
31
Que sont des **éléments régulateurs**?
= Courts segments d'ADN de séquence très variable (6-20 pb) qui diffèrent d'un gène à l'autre
→ Ils sont très souvement **palindromiques** (forme bicaténaire)
= _Site de liaison_ pour des **facteurs régulateurs** de la transcription (activateurs/répresseur)
→ les reconnaissent sous forme d'un ADN bicaténaire
**∆! Élément régulateur ≠ Facteur régulateur!**
32
- Définition: Facteurs régulateurs de transcription
- Quels sont les deux types de facteurs régulateurs?
= Toute **protéine** capable de se lier spécifiquement à un _élément régulateur_ donné d’un gène et de stimuler/diminuer la transcription démarrant au promoteur de ce gène
- Ils peuvent être:
→ ACTIVATEURS
→ RÉPRESSEURS
33
Quelles sont les 2 types d'actions sur un gène par des facteurs/éléments régulateurs?
- **Action en cis**
→ séq. de l'ADN qui a une action ailleurs sur la même molécule d'ADN
*ex: élément régulateur agit en cis sur le gène*
- **Action en trans**:
-> Facteur externe (produit ailleurs) agit sur l'ADN
*ex: activateur agit en trans sur le gène*
34
Combien de domaines contiennent les activateurs? Lesquels?
**3**
- Domaine de _liaison à **l'ADN**_
- Domaine _d'activation_
- Domaine de _dimérisation_
35
Que permet le fonctionnement sous forme des dimère des activateurs?
**Augmente la force de liaison à l'ADN** (utilité de la _nature palindromique_ des éléments régulateurs)
36
Rôle domaine de liaison des activateurs (3)
= liaison à la séq. régulatrice
→ permet la fixation de l'activateur (facteur régulateur) sur un élément régulateur donné
→ il fait tjr des liaisons avec les 2 brins d'ADN
→ les activateurs se différencient par le fait que leur domaine de liaison à l'ADN reconnaissent différents éléments régulateurs ==> spécificité
37
Rôle domaine de dimérisation des activateurs (3)
= Permet à 2 molécules de l'activateur de s'associer pour former un dimère
→ cela explique la nature palindromique des éléments régulateurs → séq. des deux brins d'ADN est la même si elle est lue dans la même polarité
==> dimérisation pour augmentation de la force de liaison sur l'élément régulateur
38
Rôle domaine d'activation des activateurs
Partie dont la fonction est de conduire à l'activation du gène dont il contrôle l'expression (logiquement)
39
Qu'est-ce qui détermine quel gène va être activé **sur l’activateur**?
Pourquoi?
C'est le **domaine de liaison à l'ADN** sur l’activateur car il est *spécifique* à un gène donné
(possibilité de mélanger les domaines _d'activation_ et de _liaison à l'ADN_ des activateurs)
40
Ce qui peut changer d'un activateur à l'autre?
Le domaine de liaison
→ reconnaît un gène spécifique (associé à la séquence régulatrice correspondante)
41
Que faut il pour qu'il y aie une stimulation?
Il faut un activateur complet, s'il manque un domaine cela ne fonctionne pas
42
- Qu'est-ce qui contrôle un activateur?
- Qu'est-ce qui peut-être contrôlé chez les activateurs (3) ?
- Contrôle effectué par des **signaux**
- Contrôle:
→ transport
→ dimérisation
→ activité de l'activateur (Hormone + Kinase)
43
Activité des activateurs peut être régulée par des signaux, lesquels? (4)
- Hormone se fixe dessus
- Phosphorylation (ajout de phosphate par kinase)
- Dimérisation
- Import de certains activateurs du cytoplasme dans le noyau
44
**V/F**: La forme hélicoïdale de l’ADN oblige les activateurs à faire des contacts entre les sillons d’ADN
Vrai
45
Où se fixent les activateurs sur l'ADN (hélice)? Pourquoi?
Exception? Entraine quoi sur l’ADN?
**Sur le grand sillon car** :
→ Il y a + de place donc + accessible
→ + grande spécificité d'activation car les pts de contact sont **asymétriques**
= Meilleures interactions avec les activateur (prot) qui peuvent mieux **discriminer** entre différents éléments régulateurs dans le grand sillon
⚠︎ Exception: TBP se lie dans le petit sillon
(TATA binding protein: sa liaison engendre une forte torsion de l'ADN)
46
**V/F**: Les 4 paires de bases ne se distinguent entre elles que dans le grand sillon
Vrai
Grand sillon = pts de contact asymétriques
Petit sillon = pts de contact symétriques
→ si on regarde un TA et un AT on a la même séq. de points de liaisons dans le petit sillon, alors qu'il y a différence dans le grand sillon (pareil GC)
47
Est-ce que les activateurs ont nécessairement besoin de se lier à l'ADN sous forme de dimère?
Exemple...
NON, certains activateurs se lient à l'ADN sous forme de **monomère**
*Ex: régulateur à domaine POU*
48
Étapes de l’interaction entre la protéine à domaine POU (activateur) et l'ADN (4):
A. Liaison du _monomère POU_ avec **sous-domaines** en *côtés opposés* de l’ADN
B. Homodimérisation du POU sur l’ADN;
C. Hétérodimérisation du POU sur l’ADN;
D. Hétérodimérisation du POU avec le domaine HMG d’un autre facteur
*“S” sous-domaine POUs
“H” sous domaine POUh*
49
Mode d'ACTIVATION de la transcription par les activateurs? (2)
- Direct = initiation de la transcription via le domaine d'activation
- Indirect = activation via un **coactivateur** (facteur qui active la transcription mais ne se lie pas directement à l'ADN)
50
Quel est le mode d'ACTION des activateurs? (2)
Activateurs + coactivateurs favorisent l'assemblage du complexe d’initiation de transcription:
→ En rendant l'ADN du promoteur plus accessible
→ En recrutant de la machinerie de transcription
(interaction direct (contact physique) entre activateur et machinerie de transcription)
51
Comment les activateurs rendent-ils le promoteur + accessible?
Modification chimique de la chromatine par le coactivateur (et activateur) = acétylation des histones
(Histones acétylées: déstructuration de la chromatine et accessibilité ↑)
==> déplacement des nucléosomes grâce à l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP
→ module la transcription
**= ÉPIGÉNÉTIQUE**
52
Qu'est-ce que **l'épigénétique**?
C'est l’étude des mécanismes modifiant de manière _réversible_, _transmissible_ (lors des divisions cellulaires) et _adaptative_ l'expression des gènes _sans_ en changer la séquence d’ADN
==> régulation/modulation de l'expression des gènes
53
**V/F**: Certaines modifications épigénétiques sont conservées après la division cellulaire ainsi que tout au long de la vie des cellules post-mitotiques
Vrai
Mais ⚠︎: Elles peuvent changer en fonction d’une influence extérieure: mode de vie, alimentation, stress…)
54
La plupart des gènes montrent un profil d’expression unique. Ils peuvent être exprimés (4):
- à différents _moments_ durant le dvt
- à des _niveaux_ différents (nombres d’ARNm)
- dans différentes _cellules_
- en _réponse_ à différents _signaux_
55
Recrutement de la machinerie de transcription?
- Interaction entre (co)activateur et machinerie de transcription
→ facilitation de son assemblage sur le promoteur du gène
- Contact physique entre activateur et machinerie
→ ADN séparent séq. régulatrice du promoteur doit faire une boucle
56
Est-ce qu'un activateur peut contrôler plusieurs gènes?
AVANTAGE ? INCONVÉNIENT?
OUI
**Avantage:**
Plusieurs gènes peuvent être placés sous le contrôle du même signal _(expression coordonnée)_
**Inconvénient:**
Des gènes placés sous le contrôle du même activateur ne peuvent pas être exprimés de manières différentes
57
Comment un activateur réussi à contrôler plsrs gènes du coup?
On utilise une _combinaison_ de plusieurs activateurs = un **enhancer**
(principe du *Mastermind*)
= Il y a 1 code et chaque gène a sa propre combinaison d'activateurs
*Ex: deux activateurs → 3 profils d'expression différents*
58
Qu'est qu'un **"enhancer"** (ou amplificateur)?
Segment de l’ADN regroupant un ensemble de plusieurs éléments régulateurs reconnus par différents activateurs et **contrôlant l’expression d’un gène _voisin_**
Chaque gène contient plusieurs éléments régulateurs regroupés ensemble pour former un enhancer
59
Qu'est-ce que le **contrôle combinatoire de transcription**?
*Comment le gène de la Bêtaglobine peut il obtenir une amplification maximum de son expression?*
Le enhancer contient plusieurs éléments régulateurs reconnus par une **combinaison d’activateurs différents**
==> amplification max de l'expression
*(Pour la Bêtaglobine: ensemble de 4 activateurs _dimériques_)*
60
Le **contrôle combinatoire de la transcription** permet (2):
- **L'intégration de plusieurs infos**
→ "condition" (à un moment, à un endroit, en réponse à un signal etc.)
- **La spécificité cellulaire**
61
Quelles sont les conditions essentielles au fonctionnement du contrôle combinatoire de transcription?
1. Seul un jeu _complet_ d’activateurs doit pouvoir stimuler efficacement la transcription
2. Un seul activateur, ou un jeu incomplet d’activateurs, ne doit pas être capable de stimuler la transcription de manière optimale
62
Qu'est-ce que la synergie d'activation?
= Phénomène par lequel l’effet de deux activateurs est bien plus grand que la somme des effets de chaque activateur
63
Quelles sont les deux points de contrôle post transcriptionnels PRINCIPAUX de l'expression génique (concernant l’ARN)?
- **Maturation** du TRANSCRIT
- **Stabilité** de l'ARNm (et transport)
+ synthèse, activité et stabilité de la protéine
64
Exemple d'épissage cellulaire régulé en fonction du type cellulaire chez le rat
Fabrication de la protéine topomyosine différente:
Épissage différent du gène ⍺-tropomyosine
→ muscle lisse ou fibroblaste (endroits différents) → profil d'épissage du transcrit primaire différent à partir du même gène
65
Exemple épissage alternatif dans même type cellulaire
Neurone: localisation varie à l’intérieur de la cellule
→ ARN différents à différents endroits de la cellule: axone et corps cellulaire
66
- Qu'est ce qui décide _quel_ épissage à lieu?
- Comment?
- Où sont-elles exprimées? (2)
Ce sont les **prot régulatrices** qui se fixent sur le _transcrit primaire_
→ Elles peuvent rendre accessible ou bloquer les _sites consensus d’introns spécifiques_ nécessaires à l'épissage
67
Où les protéines régulatrices sont-elles exprimées?
Elles peuvent n’être exprimées que dans _un type cellulaire donné_ ou seulement _en réponse à un signal donné_ dans un type cellulaire donné
68
Exemple de régulation de l'épissage alternatif lors de la détermination du sexe chez la drosophile
Les profils d'épissage peuvent être différents selon si le drosophile est mâle ou femelle
→ Sur un gène, un exon est excisé chez la femelle en raison de la présence d'une _prot répresseur_ qui se lie au signal d'épissage situé à l'extrémité 3' du 1er intron, empêchant son excision
→ Sur un autre gène, un exon n'est pas excisé chez la femelle en raison de la présence d'une _prot activatrice_ uniquement chez la femelle qui se lie au signal d'épissage situé à l'extrém. 3' du 1er intron, nécessaire à son excision
69
Quantité totale d'ARN = ?
(« Formule »)
Quantité de dégradation + quantité de transcription
70
Qu’est-ce qui permet le contrôle de la stabilité de l'ARNm
Contrôlée par la liaison d'une protéine régulatrice à une séq. située dans la région 3' non-traduite de l'ARNm ainsi que du microRNA (RNA binding protein et complexe RISC-microARNs)
71
Étapes (4) de dégradation des ARNm:
1. Queue poly(A) enlevée par **prot PARN/Ccr4-Not/PAN2**
→ coiffe FRAGILISÉE
2. Dégradation de l'extrémité 3' (libre) de l'ARN par un **complexe d'exonucléase** (=exosome → sens 3'-5')
3. EN MÊME TEMPS: coiffe dégradée par **DCP1** et **DCP2**
4. Enzyme **XRN1** dégrade ensuite l'ARN de 5'-3'
72
Chez les eucaryotes, quels complexes de protéines sont capables d'enlever la queue poly(A) par activité exonucléase? (3)
-PARN
-_Ccr4-Not_
-PAN2
73
De quel façon CCR4-NOT peut être recruté aux ARNm?
Étapes recrutement+action (3):
De façon **RÉGULÉE**
→ microARN = attache en 3’ de ARNm = recrutement
Recrutement régulé et action de CCR4-NOT:
1. Présence de Ccr4-Not → _déadénylation_
2. Protéine liant les poly(A) se détache
3. Déragdation de l'ARNm
74
Quel est le rôle du complexe prot Ccr4-Not (2):
- **Déadénylation** puis dégradation d'ARNm
→ Blocage de la traduction des ARNm
(par interaction avec des facteurs qui détruisent/modifient la composition d'origine du complexe d'initiation de traduction)
75
Expliquer les 2 mécanismes (cytoplasme/noyau) où la régulation des gènes par les microARN peut se faire
(NB: peut y avoir + que 2 méca en vrai)
_Ds cytoplasme_:
MicroARN = attache pour le complexe Ccr4-Not
→ complexe RSC-miARN se lie sur ARNm spécifiques et recrute Ccr4-Not
_Ds noyau_:
Complexe RISC-miARN dirige des complexes de remodelage de la chromatine de certains gène = transcription affectée
76
Régulation du régulateur (miARN)?
lncARNs peuvent limiter l’action des miARNs en servant d’éponge (fixant eux-mêmes les miARNs) et rendant les miARNs du coup moins disponibles pour lier les ARN messagers
→ se fait en post transcriptionnel
77
Donner le mécanisme de régulation de la stabilité des ARNm codant pour le récepteur de la transferrine
Fer est importé dans les C par un récepteur à transferrine présent sur la membrane
→ sa prod permet de réguler la concentration de fer intraC
1. **Si carence en fer:**
Prot régulatrice (se fixe) empêche la dégradation de l'ARNm (qui permet la synthèse de ce récepteur)
= ARNm stable/protégé contre la dégradation
2. **Si abondance de fer:**
Fer se fixe sur la prot régulatrice (chgt de confo)
= ARNm instable/rapidement dégradé
==> ↓ de la prod des récepteur (évite surcharge en fer)
78
De nombreuse maladies résultent de défauts dans la régulation de l'expression génique, donner des exemples: (4)
- **Hémophilie B leyden**: mutations dans les _éléments régulateurs_ du gène codant le facteur IX de coagulation
- **Nanisme**: mutations dans un _activateur_ spécifique de la glande pituitaire
- **Défauts de dvt sexuel mâle**: mutations dans un _activateur_ (AR) nécessaire pour l’activation de gènes par l’H androgène
- **_Syndrome des lymphocytes nus_**: mutations dans un _coactivateur (**CIITA**)_ clé du système immunitaire
79
Qu'est-ce que le syndrome des lymphocytes nus?
Syndrome dû à une mutation affectant un _site d’épissage_ du gène codant le _coactivateur C2TA_
→ l’empêchant d’être recruté sur le _enhancer_ d’une famille de gènes cibles
→ et par conséquent d’activer la _transcription_ de ces gènes par _acétylation des histones_
80
Quelle est la liaison entre les brins dans la **double hélice ADN-ARN**?
**Liaisons Hydrogènes** entre les bases
81
Quand est ajoutée la coiffe 5’?
LORS de la transcription
82
Que peut-on dire de la capacité proofreading des ARNpol?
Elle est moins efficace que celle des ADNpol
83
(A+G)/(T+C) =
1
⚠️ ≠ (A+T)/(G+C) -> spécifique à une espèce!
84
Est-ce que l’ARN peut avoir des propriétés enzymatiques?
*Exemple?*
OUI
*Ex: RIBOZYME = ARNr qui catalyse des réactions dans le ribosome lors de la synthèse des protéines*
85
Est-ce que la Poly(A)polymérase a besoin d’une matrice?
NON
= **seule** polymérase qui n’a pas besoin de matrice
86
Quel est le rôle du complexe réplisome?
Permet au brin précoce d’attendre le brin tardif
87
Signaux d’épissage sur:
- Intron (3)
- Exon (2)
- **Intron:**
-> Début: **GU**
-> Milieu: **A**
-> Fin: **AG**
- **Exon** (sur transcrit primaire + ARNm)
-> Extrémité : **AG**
-> Extrémité : **G**
🟩 ADN-PROT
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