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Contrôle de l’expression génétique chez les eucaryotes
1ère partie : la transcription
- Chapitre I : Généralités sur le contrôle de la transcription
Cours de Mr Le Dréan
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 1) Le flux de l’information génétique est contrôlé
- Expression en réponse à des signaux extra ou intracellulaires- Expression spécifique à un tissu ou à un type de cellule- Expression différentielle au cours du développement
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 1) Le flux de l’information génétique est contrôlé
ARN codantARN codantARN destructure
Maturation des ARNmcapping, adénylationÉpissageEditingEmpaquatage (RNP) & export
Architecture du noyau & structure de la chromatine
Transcription- Reconnaissance du promoteur (facteurs trans et séquences cis)-Initiation, élongation et terminaison de la transcription
ARN non codantARN non codant
½ vie des protéines (dégradation)
ARN régulateur
½ vie (dégradation des ARN)
Régulation de la traduction(initiation, élongation, terminaison)
Régulation de l’activité des protéinesClivage, Modifications Post-Traductionnelles,
Adressage sub-cellulaire
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2) Rappels sur l’initiation de la transcription
Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
Le positionnement de l’ARN-polymérase II nécessite des facteurs généraux
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
Il existe plusieurs types de complexes de pré-initiation de la transcription
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 2) Rappels sur l’initiation de la transcription
Le contrôle du recrutement des facteurs généraux & de l’ARN-polymérase II nécessite des facteurs particuliers : les facteurs de transcription
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
3) Les facteurs de transcription
TF = protéine se fixant à l’ADN et modulant l’activité transcriptionnelle
Co-facteursTF
ADN
les facteurs de transcription reconnaissent des séquences d’ADN précises : les éléments de réponse
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction
3) Les facteurs de transcription
Les TF peuvent être soit des activateurs, soit des répresseursCela nécessite un recrutement sur les gènes cibles
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 3) Les facteurs de transcription
À chaque TF correspond une séquence consensus
Reconnaissance de la séquence d’ADN corrélée à l’action du TF sur la transcription
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 3) Les facteurs de transcription
Principe de la reconnaissance ADN-protéine
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 3) Les facteurs de transcription
Principe de la reconnaissance ADN-protéine
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
Principe de la reconnaissance ADN-protéineI - Introduction
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
Principe de la reconnaissance ADN-protéineI - Introduction
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 4) Les éléments de réponse
Notion de promoteur basald’éléments en amontd’éléments régulateursd’enhancer (activateur)de silencer (répresseur)
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 4) Les éléments de réponse (leur localisation)
région proximaledu promoteur
Dans les introns
En aval du gène
En amont du gène
Orientation
Distance
Position
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 4) Les éléments de réponse
La flexibilité de l’ADN explique la possibilité d’avoir des éléments de réponse éloignés du site d’initiation de la transcription
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 4) Les éléments de réponse
Les éléments de réponse sont transposables
Gène 1TATA Gène 1 inductible Élément de réponse
Gène 2TATA Gène 2 non inductible
Insertion de l’élément de réponse dans le promoteur du gène 2
Élément de réponse
Gène 2TATA Gène 2 inductible
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
I - Introduction 4) Les éléments de réponse
Application en biotechnologie : contrôle de l’expression des transgènes
Gène codant pour un facteur de coagulation
TATA
Élément donnant une spécificité tissulaire (cellules mammaires)
Production de la protéine d’intérêt dans le lait de l’animal transgénique
Gène restaurateur
TATA
Promoteur inductible(produit chimique)
Gène codant pour une toxine
TATA
Promoteur spécifique de la germination
Mort des cellules à la germination
Inhibition
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
Les TF peuvent à la fois jouer sur la structure chromatinienne et sur le recrutement du complexe de pré-initiation
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
Recrutement direct du complexe de pré-initiation
Recrutement indirect via le complexe médiateur
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
Modification de l’état chromatinien
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
Recrutement des enzymes modifiant post-traductionnellement les histones
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
II – Mode d’action des facteurs de transcription
Recrutement des facteurs de remodelage de la chromatine
Les facteurs de remodelage ne fixent pas directement l’ADN
Recrutement via les TF ou les histones après modification (code histone)
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II – Mode d’action des facteurs de transcription
Rôle des facteurs de remodelage de la chromatine
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II – Mode d’action des facteurs de transcription
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II – Mode d’action des facteurs de transcription
structure modulaire des TF
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
III – Activation des TF
La présence ou l’absence du TF commande l’expression des gènes cibles
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
III – Activation des TF
TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur
- Liaison à un ligand - Liaison à une autre protéine
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
III – Activation des TF TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur
-Modification post-traductionnelle suite à un signal (phosphorylation, acétylation, conjugaison etc…)
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III – Activation des TF
TF présent dans la cellule, mais inactif si absence d’un signal activateur
- séquestration du TF
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription
Les gènes contiennent de nombreux éléments de réponse et ils sont régulés par l’action concertée de plusieurs TF
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription
Notion d’enhancesome
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription
Notion de stéréo-alignement Si courte distance entre les éléments de réponse
TATA
Élément de réponse 1
TF1TF2
Alignement dans l’espace=> Interaction possible
Élément de réponse 2
20 bp = 2 tours d’hélice
TATA
TF1
TF2Alignement détruit
=> Interaction impossible25 bp = 2,5 tours d’hélice
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
IV – Coopération entre TF pour réguler la transcription
Régulation = balance entre répression & activation
Notion de compétition entre TF
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
V – Classification des TF
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
Basic-helix-loop-helix1) Superclass: Basic Domains ( )
1.1 Class: bZIPLeucine zipper factors ( ) 1.1.1 Family: AP-1 c-Fos(-like) components; includes ( /c-Jun)1.1.2 Family: CREB1.1.3 Family: C/EBP-like factors1.1.4 Family: bZIP / PAR1.1.5 Family: Plant G-box binding factors1.1.6 Family: ZIP only
1.2 Class: Helix-loop-helix factors (bHLH) 1.2.1 Family: Ubiquitous (class A) factors1.2.2 Family: Myogenic transcription factors (MyoD)1.2.3 Family: Achaete-Scute1.2.4 Family: Tal/Twist/Atonal/Hen
1.3 Class: Helix-loop-helix / leucine zipper factors (bHLH-ZIP)1.3.1 Family: Ubiquitous bHLH-ZIP factors; includes USF ( USF2USF1, ); SREBP (SREBP)1.3.2 Family: Cell-cycle controlling factors; includes c-Myc
1.4 Class: NF-1 1.4.1 Family: NF-1 (NFIC)
1.5 Class: RF-X 1.5.1 Family: RF-X (NFX2, NFX3, NFX5)
1.6 Class: bHSH
V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)
2) Superclass: Zinc-coordinating DNA-binding domains
2.1 Class: Cys4 nuclear receptorzinc finger of type 2.1.1 Family: Steroid hormone receptors2.1.2 Family: Thyroid hormone receptor-like factors
2.2 Class: diverse Cys4 zinc fingers2.2.1 Family: GATA-Factors
2.3 Class: Cys2His2 zinc finger domain2.3.1 Family: Ubiquitous factors, includes TFIIIA, Sp1
Krüppel2.3.2 Family: Developmental / cell cycle regulators; includes2.3.4 Family: Large factors with NF-6B-like binding properties
2.4 Class: Cys6 cysteine-zinc cluster2.5 Class: Zinc fingers of alternating composition
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
Helix-turn-helix3) Superclass:
3.1 Class: Homeo domainUbx3.1.1 Family: Homeo domain only; includes
3.1.2 Family: POU domain Octfactors; includes3.1.3 Family: Homeo domain with LIM region3.1.4 Family: homeo domain plus zinc finger motifs
3.2 Class: Paired box 3.2.1 Family: Paired plus homeo domain3.2.2 Family: Paired domain only
3.3 Class: Fork head / winged helixforkhead3.3.1 Family: Developmental regulators; includes
3.3.2 Family: Tissue-specific regulators3.3.3 Family: Cell-cycle controlling factors3.3.0 Family: Other regulators
3.4 Class: Heat Shock Factors3.4.1 Family: HSF
3.5 Class: Tryptophan clusters3.5.1 Family: Myb3.5.2 Family: Ets-type3.5.3 Family: Interferon regulatory factors
3.6 Class: TEA domain3.6.1 Family: TEA (TEAD1, TEAD2, TEAD3, TEAD4)
V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)
4) Superclass: beta-Scaffold Factors with Minor Groove Contacts
4.1 Class: RHR (Rel homology region)4.1.1 Family: Rel/ankyrin; NF-kappaB4.1.2 Family: ankyrin only4.1.3 Family: NF-AT (NFATC1, NFATC2 NFATC3, )
4.2 Class: STAT 4.2.1 Family: STAT
4.3 Class: p53 4.3.1 Family: p53
4.4 Class: MADS box4.4.1 Family: Regulators of differentiation; includes (Mef2) 4.4.2 Family: Responders to external signals, SRF (serum responsefactor) (SRF)
4.5 Class: beta-Barrel alpha-helix transcription factors4.6 Class: TATA binding proteins
4.6.1 Family: TBP4.7.1 Family: SOX genes, SRY4.7.2 Family: TCF-1 (TCF1)4.7.3 Family: HMG2-related, SSRP1 (SSRP1)4.7.5 Family: MATA
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Chap I : Généralités sur le contrôle de la transcription
V – Classification des TF (exemple de classement, non exhaustif - pour information)
4) Superclass: beta-Scaffold Factors with Minor Groove Contacts
4.8 Class: Heteromeric CCAAT factors4.8.1 Family: Heteromeric CCAAT factors
4.9 Class: Grainyhead4.9.1 Family: Grainyhead
4.10 Class: Cold-shock domain factors4.10.1 Family: csd
4.11 Class: Runt4.11.1 Family: Runt
0) Superclass: Other Transcription Factors
0.1 Class: Copper fist proteins0.2 Class: HMGI(Y) (HMGA1)
0.2.1 Family: HMGI(Y)0.3 Class: Pocket domain0.4 Class: E1A-like factors0.5 Class: AP-2/EREBP-related factors