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Conférence 15 : Régulation de l'expression des gènes - Biologie


Conférence 15 : Régulation de l'expression des gènes

Je suis un professeur de biologie qualifié et un tuteur (en ligne et en face à face) qui réalise des vidéos sur des sujets de biologie de niveau A qui sont claires dans leurs explications, simples dans leur format et notées dans leurs conseils de questions d'examen.

J'ADORE mon sujet ! Mais je sais aussi que de nombreux étudiants de niveau A veulent « savoir ce qu'ils doivent savoir » et ont besoin d'aide pour débloquer les notes des examens, j'ai donc formaté mes vidéos pour qu'elles soient simples, claires et rapides. Ils ne sont peut-être pas « beaux » (je ne suis pas un technicien !) mais le contenu est de haute qualité.


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Conférence 15 : Régulation de l'expression des gènes - Biologie

C2006/F2402 '11 PLAN DE LA CONFÉRENCE #9

(c) 2011 Dr Alice Heicklen & Dr Deborah Mowshowitz, Columbia University, New York, NY. Dernière mise à jour 18/02/2011 09:34 .

Documents: 9A Regulatory Elements & Image d'un gène eucaryote typique (en Word, pas en pdf)
9B Transcription Complex & Modular Regulation -- ce document est publié dans Courseworks

I. Comment activer un gène eucaryote ?

A. Le problème : Besoin de déplier/desserrer la chromatine avant que la transcription ne soit possible. Vous ne pouvez pas simplement ajouter de l'ARN polymérase (et des TF basaux) à l'ADN et commencer la transcription. L'ADN est dans la chromatine et doit être rendu accessible.

B. Alors, comment la transcription peut-elle se produire ?

1. Besoin de plusieurs étapes introuvables chez les procaryotes

une. Doit décondenser (relâcher) l'euchromatine à un état transcrivable = relativement lâche (par rapport à l'hétérochromatine et par rapport à l'euchromatine inactive). Sortir la fibre de 30 nm jusqu'au stade de perles sur une chaîne ?

b. De nombreux facteurs de transcription (TF) doivent d'abord se lier à l'ADN -- avant que l'ARN polymérase ne se lie.

c. La polymérase doit se lier aux TF (pas directement à l'ADN) pour obtenir une transcription réelle.

2. Qu'est-ce qui change l'état de la chromatine ? (Pour serrer ou desserrer.)

une. Remodeler les protéines : ceux-ci sont responsables du déplacement et/ou du relâchement des nucléosomes. Voir Sadava fig. 16.19 (14.17). Il peut s'agir d'un ensemble séparé de protéines ou de TF qui activent les enzymes modificatrices.

b. Enzymes qui modifient les queues d'histone. Les changements de modification peuvent avoir un effet direct et/ou affecter la liaison des protéines régulatrices. Quelques exemples:

(1). Phosphorylation de H1 se produit dans M des changements dans l'activité de la kinase et de la phosphatase affectent l'état des histones et le repliement de la chromatine en parallèle avec les changements dans les lamines comme discuté la dernière fois.

(2). Acétylation de chaînes latérales d'histones lys. Acétylation des histones - chromatine plus active et plus lâche. L'acétylation de H3 et H4 est plus élevée en chromatine active.

(3). Méthylation -- Les effets dépendent des chaînes latérales d'acides aminés dans lesquelles la position de la protéine est méthylée -- certaines modifications augmentent la probabilité de transcription, et d'autres la diminuent. (L'ADN peut également être méthylé, voir ci-dessous.)

c. Méthylation d'ADN -- Dans la plupart des organismes, l'ADN et les histones peuvent être méthylées. (Des groupes méthyle peuvent être ajoutés aux C dans l'ADN ainsi qu'aux chaînes latérales d'AA.)

Habituellement, mais pas toujours, la méthylation de l'ADN est plus élevée dans la chromatine plus inactive/condensée.

Dans certains organismes, il n'y a pas de méthylation de l'ADN.

ré. Modification globale des histones « code » -- il est possible que chaque combinaison de modifications des queues d'histone ait une signification spécifique. Pour une explication complète (fyi) voir Alberts. (Ou allez sur PubMed à l'adresse http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez , cliquez sur les livres en haut à droite et entrez « histone code » dans la zone de recherche.)

3. Qu'est-ce qui déclenche le processus de serrage ou de desserrage ? Les TF viennent-elles en premier ou les enzymes de remodelage/modification ? Modèle actuel

une. Les TF réglementaires (activateurs) se lient en premier -- qui déclenche le remodelage, la modification, etc. Détend la chromatine dans la zone à transcrire.

b. Liaison de TF basale plus tard -- Une fois la chromatine relâchée, les TF basaux (et éventuellement des TF plus régulateurs) peuvent se lier à l'ADN, la pol II peut se lier aux TF et la transcription se produit.

4. Comment cela correspond-il aux résultats de sensibilité à la DNase ?

une. Le plus lâche -- Régions où les facteurs de transcription se lient - - ont retiré les nucléosomes &/ou très relâchés = sites hypersensibles.

b. Plus lâche -- Les régions en cours de transcription -- ont des nucléosomes en quelque sorte "relâchés" ou "remodélisés", mais ne pas supprimé.

c. Lâche -- Régions non transcrites -- ont des nucléosomes réguliers (« lâches », par rapport à l'hétérochromatine, mais « serrés » ou « pas si lâches » par rapport à l'euchromatine transcrite.) Les régions qui ne sont pas transcrites sont souvent dans l'euchromatine, pas dans l'hétérochromatine.


II. Détails de la transcription chez les eucaryotes (comme par rapport aux procaryotes) Voir Becker Ch 21, pp 660-664 (665-670).

A. Plus de tout ce qui est nécessaire pour la transcription chez les eucaryotes.

1. ARN polymérases multiples (voir dernière leçon). Nous nous concentrerons sur la pol II (qui produit l'ARNm).

2. Plus de protéines -- Besoin de TF, pas seulement d'ARN pol.

3. Plus de séquences réglementaires -- beaucoup de différences. ceux lient dif. TF

4. Un aperçu et un peu de terminologie

  • Élément régulateur agissant en cis = n'affecte que la molécule d'acide nucléique sur laquelle il se produit. Il s'agit généralement d'une séquence d'ADN qui se lie à une protéine régulatrice.

  • Élément régulateur agissant en trans = affecte les séquences nucléiques cibles n'importe où dans la cellule. La séquence régulatrice code pour une molécule régulatrice - généralement une protéine - qui se lie à une cible - généralement une séquence d'ADN.

  • Le terme « agissant en trans » peut être utilisé pour désigner la molécule régulatrice (généralement une protéine) ou la séquence d'ADN qui la code.

  • Éléments agissant en cis = ADN lui-même = identique dans toutes les cellules d'un organisme multicellulaire = cible des molécules régulatrices agissant en trans.

  • Molécules régulatrices à action trans = produit de l'ADN = TF et autres molécules = différentes dans différents types de cellules et à différents moments.

  • En euk. le nombre de différents types d'éléments de contrôle agissant en cis et en trans est beaucoup plus important que chez les procaryotes. Qu'est-ce qu'ils aiment? Voir ci-dessous.

  • La régulation peut être "+" ou "-" selon la fonction de la protéine

  • Contrôle négatif -- Si la protéine régulatrice bloque la transcription.

  • Contrôle positif -- Si la protéine régulatrice améliore la transcription.

  • Euk contre Prok. -- Le contrôle négatif (utilisation de répresseurs) semble être plus fréquent en prok. contrôle positif (utilisation d'activateurs) plus fréquent chez euk.

  • Comment distinguer le contrôle positif du contrôle négatif - par les effets des suppressions.

B. Détails des sites régulateurs (agissant en cis) dans l'ADN. Les procaryotes ont des promoteurs et des opérateurs. Quelles séquences les eucaryotes ont-ils dans l'ADN qui affectent la transcription ? (La discussion suivante se réfère principalement à la régulation de la transcription par l'ARN pol II. Voir les textes, en particulier Becker pour plus de détails sur les promoteurs, etc. pour pol I & III.) Voir Sadava Fig. 16.15 (14.14) ou Becker fig.23-21 ou polycopié 9A pour la structure des sites de régulation pour un gène codant pour une protéine typique. Trois types de sites réglementaires :

1. Promoteur principal

une. Numérotage. La position des bases est généralement comptée le long du brin sens depuis le début de la transcription.

(1). "Démarrer" = Point où la transcription commence réellement (généralement marqué par une flèche courbée) = zéro.

(2). Amont et aval

(une). En aval = Vers l'extrémité 3' sur le brin sens = dans le sens de la transcription)

(b). En amont = Vers l'extrémité 5' du brin sens = dans la direction opposée à la transcription.

(3). Numérotation -- quelques exemples

(une). +10 = 10 bases en aval du début = 10 bases après le début de la transcription.

(b). -25 = 25 bases en amont du début = 25 bases avant d'atteindre le début de la transcription.

(c). +1 = première base dans la transcription celle qui obtient un capuchon (base modifiée attachée à l'extrémité 5').

(4). Numérotation -- divers. caractéristiques

(une). Il n'y a pas de base « zéro », tout comme il n'y a pas d'année « zéro » entre BC et AD et pas d'heure zéro entre am et pm.

(b). Dans certains cas, la position des bases est comptée le long du brin sens à partir du début de Traduction.Si c'est fait de cette façon, le A dans le premier AUG est +1. Cependant, la numérotation est supposée être à partir du début de transcriptionsauf indication contraire.

(c). Les TF, les ARN pol, etc. se lient aux sillons de l'ADN double brin, pas à un seul brin. Cependant, les positions dans l'ADN sont généralement spécifiées en termes de brin sens uniquement. Cela ne signifie PAS que la protéine se lie uniquement au brin sens.

b. Promoteur principal lui-même Le promoteur central est défini par ce dont vous avez besoin pour permettre à l'ARN polymérase de démarrer au bon endroit. Qu'est-ce qui y est inclus ?

(1). Point réel de début de la transcription (où se trouve la flèche courbée) plus quelques bases de chaque côté de « start ». Comprend généralement quelques bases de la 5' UTR (région non traduite).

(2). Des sites de liaison: Partie où commence la liaison basale des TF et de l'ARN polymérase - généralement la section juste en amont (avant) du point de départ. Comprend souvent une courte séquence appelée boîte TATA (généralement environ 25 bases avant le point de départ).

(3). Caractéristiques supplémentaires: comprend souvent des séquences supplémentaires ou différentes en plus de celles spécifiées. Tous les promoteurs de Pol II ne sont pas les mêmes. (Si vous êtes intéressé par les détails, voir Becker 21-12b (13 b) ou 23-21)

2. Éléments de contrôle proximaux. (Proximal = Proche).

une. Emplacement: Promoteur proche du noyau et début de la transcription généralement "en amont" (sur le côté 5' du début de la transcription.) Comprend généralement des éléments régulateurs jusqu'à -100 ou -200 (bases).

b. Terminologie: Parfois considéré comme faisant partie du promoteur principal.

c. Fonction: La liaison de protéines appropriées favorise ou inhibe la transcription. Identifié par les effets des suppressions. La séquence et le mécanisme d'action varient.

3. Éléments de contrôle distal (Distal = Loin)

une. Deux types : Enhancers et silencieux d'ampli. Ces éléments de contrôle peuvent diminuer (silencers) ou augmenter la transcription (enhancers).

b. Ceux-ci peuvent être assez éloignés du gène qu'ils contrôlent (en 5' ou sens 3' = amont ou aval). Peut être dans des introns ou dans des régions non transcrites.

c. Ceux-ci peuvent fonctionner dans les deux orientations - Les inverser n'a aucun effet, contrairement à avec les promoteurs. Voir Becker fig. 23-22 (ou document 9B).

ré. Mécanisme d'action -- lier les TF's voir ci-dessous.

4. Terminologie et divers. Des détails -- ceci est pour référence ne peut pas être discuté en classe.

une. Des boites = séquences courtes qui se trouvent dans les régions régulatrices (ex : boîte TATA)

b. Séquences de consensus = séquence contenant la base la plus courante trouvée à chaque position pour toutes les séquences de ce type. Toute version individuelle de la séquence est susceptible d'être différente du consensus à une ou plusieurs positions. (Ex : TATAAAA = séquence consensus pour la boîte TATA. Cela signifie que T est la base la plus courante en première position, A est la plus courante en deuxième position, etc.)

c. Pour les organismes multicellulaires, le terme "opérateur" n'est pas utilisé pour le site/la séquence d'ADN où se trouve une protéine régulatrice. Pourquoi? Parce qu'aucun ARNm polycistronique et aucun opérons chez les eucaryotes supérieurs. (Certains sont en euk unicellulaire.)

C. Comment fonctionnent les facteurs de transcription basale ?

1. Idem dans toutes les cellules. Nécessaire pour démarrer la transcription dans toutes les cellules. Voir Sadava fig. 16.14 (14.13) (14.12) ou Becker fig. 21-13 (21-14).

2. Propriétés

une. De nombreux TF basaux sont nécessaires.

b. Les TF basaux pour l'ARN pol. II .

(1). Terminologie : Les TF basaux pour pol II sont appelés TFIIA, TFIIB, etc.

(2). Le principal est TFIID, il a lui-même de nombreuses sous-unités. La sous-unité la plus étudiée est le TBP (TÀ bindicatrice pprotéine -- Voir Becker fig. 21-14 (21-15).) Reconnaît la boîte TATA quand il y en a une.

(3). D'autres polymérases ont également des TF, mais les TF pour pol II sont d'un intérêt majeur, car pol II → mRNA

c. Les TF basaux se lient d'abord au promoteur central, puis l'ARN pol s'y lie. Il faut beaucoup de protéines pour commencer. L'ARN polymérase fait ne pas se lier directement à l'ADN.

D. Comment fonctionnent les TF réglementaires ou spécifiques aux tissus ?

1. Différents sont utilisés dans différents types de cellules ou à certains moments. Tous ne sont pas nécessaires dans toutes les cellules. Voir Becker fig. 23-24.

2. Propriétés

une. Lier à des zones en dehors du promoteur principal -- généralement vers des rehausseurs ou des silencieux (éléments de contrôle distaux) mais parfois vers des éléments de contrôle proximaux

b. Lorsque les TF réglementaires se lient, ils peuvent diminuer ou favoriser la transcription.

(1). Activateurs. Les TF sont appelés activateurs s'ils se lient aux amplificateurs et/ou augmentent la transcription.

(2). Répresseurs.Les TF sont appelés répresseurs s'ils se lient aux silencieux et/ou diminuent la transcription.

c. Comment les TF réglementaires affectent la transcription : On pense que l'ADN tourne en boucle, de sorte que le silencieux/amplificateur est proche du promoteur principal. Les TF sur l'activateur aident à stabiliser (ou à bloquer) la liaison des TF basaux directement ou indirectement au promoteur central. (Voir Becker fig. 23-23 ou Sadava fig. 16.15 (14.14) et la section sur les TF réglementaires ci-dessous.)

ré. Euh. contre Prok. répresseurs -- les deux « répresseurs » interfèrent avec la transcription, mais le mécanisme d'action est différent.

e. Rôle des co-activateurs -- Les protéines qui se lient aux TF sur l'amplificateur et influencent la transcription (mais ne se lient pas directement à l'ADN) sont souvent appelées protéines co-activatrices (ou co-répresseurs). Les co-activateurs affectent la transcription de 2 manières :

(1). Agir en tant que médiateur -- Connecter deux parties de la machine de transcription. Une partie du médiateur se lie au TF (qui est lié à l'amplificateur ou au silencieux) et l'autre partie du médiateur se lie aux facteurs de transcription basaux (ou pol II) sur le promoteur central et/ou les éléments de contrôle proximaux. Médiateur = nom usuel du complexe de co-activateurs qui agissent de cette façon.

(2). Modifier l'état de la chromatine. Se lier à TF sur l'amplificateur et desserrer la chromatine dans le gène à transcrire. Les protéines de remodelage et les enzymes de modification des histones sont incluses dans cette catégorie.

Pour revoir la structure des gènes et les TF, essayez les problèmes 4R-2, 4R-5A et 4R6-A.

F. Contrôle des coordonnées. Un groupe de gènes peut tous être activé ou désactivé en même temps en réponse au même signal (choc thermique, hormone, etc.).

(1). Procaryotes vs Eucaryotes : Les deux prok. et euk. présentent un contrôle des coordonnées, mais le mécanisme est différent. (Voir le tableau ci-dessous.)

(2). Emplacement des gènes contrôlés de manière coordonnée

(une). Chez les procaryotes, les gènes contrôlés de manière coordonnée sont situés ensemble dans des opérons.

(b). Chez les eucaryotes, les gènes contrôlés de manière coordonnée n'ont pas besoin d'être proches les uns des autres - ils doivent simplement avoir les mêmes éléments de contrôle (agissant en cis). Voir Sadava fig. 16.17 (14.16).

(3). Éléments de contrôle :

(une). Tous les gènes activés dans le même type cellulaire et/ou dans les mêmes conditions partagent les mêmes éléments de contrôle - par conséquent, ces gènes répondent tous aux mêmes TF régulateurs. Le résultat est plusieurs ARNm, tous fabriqués en réponse au même signal (s).

(b). La plupart des gènes ont de multiples éléments de contrôle (agissant en cis). Par conséquent, la transcription de la plupart des gènes est affectée par plus d'un TF.

(c). La transcription d'un gène particulier dépend des combinaisons de TF, et non d'une seule, disponibles dans ce type de cellule.

(4). Différences dans les TF. Différents types de cellules produisent différents TF régulateurs. Par conséquent, différents groupes de gènes contrôlés de manière coordonnée sont activés/désactivés. Voir Becker fig. 23-24.

(5). Comparaison de situation chez les procaryotes vs les eucaryotes multicellulaires :


16.5 Régulation des gènes post-transcriptionnels eucaryotes

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Comprendre l'épissage de l'ARN et expliquer son rôle dans la régulation de l'expression des gènes
  • Décrire l'importance de la stabilité de l'ARN dans la régulation des gènes

L'ARN est transcrit, mais doit être transformé en une forme mature avant que la traduction puisse commencer. Ce traitement qui a lieu après qu'une molécule d'ARN a été transcrite, mais avant qu'elle ne soit traduite en une protéine, est appelé modification post-transcriptionnelle. Comme pour les étapes épigénétiques et transcriptionnelles du traitement, cette étape post-transcriptionnelle peut également être régulée pour contrôler l'expression des gènes dans la cellule. Si l'ARN n'est pas traité, transporté ou traduit, aucune protéine ne sera synthétisée.

L'épissage de l'ARN, la première étape du contrôle post-transcriptionnel

Dans les cellules eucaryotes, le transcrit d'ARN contient souvent des régions, appelées introns, qui sont éliminées avant la traduction. Les régions de l'ARN qui codent pour les protéines sont appelées exons. (Figure 16.10). Après la transcription d'une molécule d'ARN, mais avant son départ du noyau à traduire, l'ARN est traité et les introns sont éliminés par épissage. L'épissage est effectué par des spliceosomes, des complexes ribonucléoprotéiques capables de reconnaître les deux extrémités de l'intron, de couper le transcrit à ces deux points et de rassembler les exons pour la ligature.

Connexion Évolution

Épissage alternatif d'ARN

Dans les années 1970, on a observé pour la première fois des gènes qui présentaient un épissage alternatif de l'ARN. L'épissage alternatif de l'ARN est un mécanisme qui permet à différents produits protéiques d'être produits à partir d'un gène lorsque différentes combinaisons d'exons sont combinées pour former l'ARNm (Figure 16.11). Cet épissage alternatif peut être aléatoire, mais le plus souvent il est contrôlé et agit comme un mécanisme de régulation des gènes, avec la fréquence des différentes alternatives d'épissage contrôlées par la cellule comme moyen de contrôler la production de différents produits protéiques dans différentes cellules ou à différents stades de développement. L'épissage alternatif est maintenant compris comme un mécanisme commun de régulation des gènes chez les eucaryotes, selon une estimation, 70 pour cent des gènes chez l'homme sont exprimés sous forme de protéines multiples grâce à l'épissage alternatif. Bien qu'il existe plusieurs façons d'épisser alternativement les transcrits d'ARN, l'ordre 5'-3' d'origine des exons est toujours conservé. C'est-à-dire qu'un transcrit avec les exons 1 2 3 4 5 6 7 peut être épissé 1 2 4 5 6 7 ou 1 2 3 6 7, mais jamais 1 2 5 4 3 6 7.

Comment l'épissage alternatif pourrait-il évoluer ? Les introns ont une séquence de reconnaissance de début et de fin, il est facile d'imaginer l'échec du mécanisme d'épissage à identifier la fin d'un intron et à trouver la fin de l'intron suivant, supprimant ainsi deux introns et l'exon intermédiaire. En fait, il existe des mécanismes pour empêcher un tel saut d'intron, mais les mutations sont susceptibles de conduire à leur échec. De telles « erreurs » produiraient plus que probablement une protéine non fonctionnelle. En effet, la cause de nombreuses maladies génétiques est un épissage anormal plutôt que des mutations dans une séquence codante. Cependant, l'épissage alternatif pourrait éventuellement créer une variante de protéine sans perte de la protéine d'origine, ouvrant des possibilités d'adaptation de la nouvelle variante à de nouvelles fonctions. La duplication de gènes a joué un rôle important dans l'évolution de nouvelles fonctions d'une manière similaire en fournissant des gènes qui peuvent évoluer sans éliminer la protéine fonctionnelle d'origine.

Question : Dans le serpent des blés Pantherophis guttatus, il existe plusieurs variantes de couleurs différentes, y compris les serpents amélaniques dont les motifs de peau n'affichent que des pigments rouges et jaunes. La cause de l'amélanisme chez ces serpents a été récemment identifiée comme l'insertion d'un élément transposable dans un intron du gène OCA2 (albinisme oculocutané). Comment l'insertion de matériel génétique supplémentaire dans un intron pourrait-elle conduire à une protéine non fonctionnelle ?

Lien vers l'apprentissage

Visualisez comment l'épissage de l'ARNm se produit en regardant le processus en action dans cette vidéo.

Contrôle de la stabilité de l'ARN

Avant que l'ARNm ne quitte le noyau, il reçoit deux « coiffes » protectrices qui empêchent les extrémités du brin de se dégrader au cours de son voyage. Les exonucléases 5' et 3' peuvent dégrader les ARN non protégés. Le capuchon 5', qui est placé à l'extrémité 5' de l'ARNm, est généralement composé d'une molécule de guanosine triphosphate méthylée (GTP). Le GTP est placé "en arrière" à l'extrémité 5' de l'ARNm, de sorte que les carbones 5' du GTP et le nucléotide terminal sont liés par trois phosphates. La queue poly-A, qui est attachée à l'extrémité 3', est généralement composée d'une longue chaîne de nucléotides d'adénine. Ces changements protègent les deux extrémités de l'ARN de l'attaque des exonucléases.

Une fois que l'ARN est transporté vers le cytoplasme, la durée pendant laquelle l'ARN y réside peut être contrôlée. Chaque molécule d'ARN a une durée de vie définie et se désintègre à une vitesse spécifique. Ce taux de décomposition peut influencer la quantité de protéines dans la cellule. Si le taux de décroissance augmente, l'ARN n'existera pas dans le cytoplasme aussi longtemps, ce qui raccourcira le temps disponible pour que la traduction de l'ARNm se produise. Inversement, si le taux de dégradation est diminué, la molécule d'ARNm résidera plus longtemps dans le cytoplasme et plus de protéines pourront être traduites. Ce taux de dégradation est appelé stabilité de l'ARN. Si l'ARN est stable, il sera détecté plus longtemps dans le cytoplasme.

La liaison des protéines à l'ARN peut également influencer sa stabilité. Les protéines appelées protéines de liaison à l'ARN, ou RBP, peuvent se lier aux régions de l'ARNm juste en amont ou en aval de la région codant pour la protéine. Ces régions de l'ARN qui ne sont pas traduites en protéine sont appelées régions non traduites ou UTR. Ce ne sont pas des introns (ceux-ci ont été supprimés dans le noyau). Ce sont plutôt des régions qui régulent la localisation, la stabilité et la traduction des protéines de l'ARNm. La région juste avant la région codant pour la protéine est appelée 5' UTR , tandis que la région après la région codante est appelée 3' UTR (Figure 16.12). La liaison des RBP à ces régions peut augmenter ou diminuer la stabilité d'une molécule d'ARN, en fonction de la RBP spécifique qui se lie.

Stabilité de l'ARN et microARN

En plus des RBP qui se lient à et contrôlent (augmentent ou diminuent) la stabilité de l'ARN, d'autres éléments appelés microARN peuvent se lier à la molécule d'ARN. Ces microARN, ou miARN, sont de courtes molécules d'ARN qui ne mesurent que 21 à 24 nucléotides. Les miARN sont fabriqués dans le noyau sous forme de pré-miARN plus longs. Ces pré-miARN sont découpés en miARN matures par une protéine appelée Dés . Comme les facteurs de transcription et les RBP, les miARN matures reconnaissent une séquence spécifique et se lient à l'ARN. Cependant, les miARN s'associent également à un complexe ribonucléoprotéique appelé complexe de silençage induit par l'ARN (RISC). Le composant ARN des paires de bases RISC avec des séquences complémentaires sur un ARNm et empêche la traduction du message ou conduit à la dégradation de l'ARNm.


Qu'est-ce que l'expression génique ?

C'est le processus dans lequel les génomes sont utilisés pour réguler la synthèse des protéines. La protéine ainsi synthétisée est utilisée par l'organisme pour produire des structures cellulaires. De plus, il s'agit d'un processus strictement coordonné qui permet aux cellules de réagir aux changements de leur environnement.

Il est à noter que les gènes qui véhiculent des informations pour l'utilisation des acides aminés sont appelés gènes de structure. De plus, tout ce processus comporte deux étapes distinctes.

Dans cette étape particulière, l'ARN est produit à l'aide d'enzymes ARN polymérase. Par conséquent, les molécules d'ARNm sont traitées.

Cette étape concerne davantage la synthèse de protéines via l'ARNm. Au cours de l'action, le traitement des molécules de protéines est initié.

Par conséquent, en termes simples, vous pouvez dire que c'est le processus par lequel les instructions de l'ADN sont transformées en un produit utilisable, qui est une protéine dans ce cas.

[L'image sera bientôt téléchargée]


Renseignements à l'appui

S1 Figue

La valeur moyenne de l'expression génique au début du développement de la panicule a été comparée à celle trouvée dans les racines et les pousses de riz après un traitement de 2 h avec 5 μM BA ou un véhicule témoin.

S2 Fig

Une analyse groupée a été réalisée sur la base de la distance euclidienne entre l'expression des gènes aux stades 0&# x020135 du développement précoce de la panicule. Ceci est tracé comme une carte thermique avec un dendrogramme pour chaque famille de gènes. # Différences significatives basées sur un T-Test entre les deux étapes avec une expression maximale et minimale (P < 0,05). *Différences significatives lors de la comparaison de l'expression à toutes les étapes sur la base de l'ANOVA avec le post-test de Holm (P < 0,05).


Expression génique procaryote versus eucaryote

Pour comprendre comment l'expression des gènes est régulée, nous devons d'abord comprendre comment un gène code pour une protéine fonctionnelle dans une cellule. Le processus se produit à la fois dans les cellules procaryotes et eucaryotes, de manière légèrement différente.

Les organismes procaryotes sont des organismes unicellulaires dépourvus de noyau cellulaire et leur ADN flotte donc librement dans le cytoplasme cellulaire. Pour synthétiser une protéine, les processus de transcription et de traduction se produisent presque simultanément. Lorsque la protéine résultante n'est plus nécessaire, la transcription s'arrête. En conséquence, la principale méthode pour contrôler le type de protéine et la quantité de chaque protéine exprimée dans une cellule procaryote est la régulation de la transcription de l'ADN. Toutes les étapes suivantes se déroulent automatiquement. Lorsque plus de protéines sont nécessaires, plus de transcription se produit. Par conséquent, dans les cellules procaryotes, le contrôle de l'expression des gènes se fait principalement au niveau transcriptionnel.

Les cellules eucaryotes, en revanche, ont des organites intracellulaires qui ajoutent à leur complexité. Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est contenu dans le noyau de la cellule et y est transcrit en ARN. L'ARN nouvellement synthétisé est ensuite transporté hors du noyau dans le cytoplasme, où les ribosomes traduisent l'ARN en protéine. Les processus de transcription et de traduction sont physiquement séparés par la membrane nucléaire. La transcription n'a lieu qu'à l'intérieur du noyau et la traduction n'a lieu qu'à l'extérieur du noyau dans le cytoplasme. La régulation de l'expression des gènes peut se produire à toutes les étapes du processus ([link]). La régulation peut se produire lorsque l'ADN est déroulé et détaché des nucléosomes pour se lier aux facteurs de transcription (niveau épigénétique), lorsque l'ARN est transcrit (niveau transcriptionnel), lorsque l'ARN est traité et exporté vers le cytoplasme après sa transcription (niveau post-transcriptionnel) ), lorsque l'ARN est traduit en protéine (niveau traductionnel), ou après que la protéine a été fabriquée (niveau post-traductionnel).


Les différences dans la régulation de l'expression des gènes entre les procaryotes et les eucaryotes sont résumées dans [link]. La régulation de l'expression des gènes est discutée en détail dans les modules suivants.

Différences dans la régulation de l'expression génique des organismes procaryotes et eucaryotes
Organismes procaryotes Organismes eucaryotes
Manque de noyau Contenir le noyau
L'ADN se trouve dans le cytoplasme L'ADN est confiné dans le compartiment nucléaire
La transcription de l'ARN et la formation des protéines se produisent presque simultanément La transcription de l'ARN se produit avant la formation des protéines et a lieu dans le noyau. La traduction de l'ARN en protéine se produit dans le cytoplasme.
L'expression des gènes est régulée principalement au niveau transcriptionnel L'expression des gènes est régulée à de nombreux niveaux (épigénétique, transcriptionnel, navette nucléaire, post-transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel)

Évolution de la régulation des gènes Les cellules procaryotes ne peuvent réguler l'expression des gènes qu'en contrôlant la quantité de transcription. Au fur et à mesure que les cellules eucaryotes évoluaient, la complexité du contrôle de l'expression des gènes augmentait. Par exemple, avec l'évolution des cellules eucaryotes, la compartimentation d'importants composants cellulaires et processus cellulaires s'est produite. Une région nucléaire qui contient l'ADN s'est formée. La transcription et la traduction ont été physiquement séparées dans deux compartiments cellulaires différents. Il est donc devenu possible de contrôler l'expression des gènes en régulant la transcription dans le noyau, mais aussi en contrôlant les taux d'ARN et la traduction des protéines présentes à l'extérieur du noyau.

Certains processus cellulaires sont nés du besoin de l'organisme de se défendre. Des processus cellulaires tels que le silençage génique se sont développés pour protéger la cellule des infections virales ou parasitaires. Si la cellule pouvait rapidement arrêter l'expression des gènes pendant une courte période de temps, elle serait capable de survivre à une infection alors que d'autres organismes ne le pourraient pas. Par conséquent, l'organisme a développé un nouveau processus qui l'a aidé à survivre, et il a pu transmettre ce nouveau développement à sa progéniture.


Ressources pédagogiques et autres activités en classe

Nous pensons que la compréhension des concepts de base de la régulation épigénétique discutés ci-dessus est un objectif d'apprentissage essentiel pour les étudiants, et ci-dessous, nous discutons des stratégies d'enseignement spécifiques pour y parvenir. La plupart des concepts abordés dans cette revue peuvent être utilisés pour concevoir un programme spécifique à l'épigénétique, en tant qu'unité dans un cours collégial de biologie ou de génétique humaine. Cette unité d'épigénétique sera particulièrement utile aux étudiants ayant des connaissances de base sur la structure de la chromatine et la régulation de l'expression des gènes issues des cours d'introduction à la biologie. Les outils pédagogiques tels que les activités en classe sont excellents pour aider les étudiants à comprendre certains des concepts les plus difficiles en épigénétique. Plusieurs exemples sont fournis ici et peuvent être réduits en complexité pour les cours collégiaux de niveau inférieur ou d'introduction. Enfin, nous pensons que cette revue peut également aider les enseignants de biologie du secondaire à concevoir une unité épigénétique et à l'intégrer dans leur programme actuel.


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