L'expression génétique et son contrôle

Résumé du document

Parmi les protéines, acteurs essentiels de la vie cellulaire, les régulateurs de transcription sont chargés de moduler l'expression des gènes pour répondre aux besoins du moment de la cellule et de l'organisme. La détermination de la structure tridimensionnelle d'un certain nombre de complexes ADN-régulateur de transcription a permis de visualiser comment ces protéines reconnaissent sélectivement leurs sites de fixation sur l'ADN. Les principes gouvernant cette reconnaissance mutuelle commencent à être compris, sans qu'on puisse parler d'un code à proprement parler.

Le bon fonctionnement d'une cellule repose sur deux classes de macromolécules: les acides nucléiques (l'ADN, dépositaire de l'information génétique, et les ARN, impliqués dans la traduction de cette information) et les protéines (produits de la traduction de l'information). Les protéines présentent des activités variées: catalyse (enzymes), stockage de molécules (protéines de liaison), transport actif ou passif à travers les membranes (transporteurs, canaux), communications cellulaires (hormones peptidiques, récepteurs), architecture et mouvement (protéines du cytosquelette), reconnaissance du non-soi (anticorps)…

Extraits

[...] En revanche, la fixation de protéines à des séquences spécifiques d'ADN est un problème de reconnaissance de formes (donc en trois dimensions) qui peut donc comporter des solutions beaucoup plus nombreuses. Avec le temps, de plus en plus de nouvelles structures sont déterminées expérimentalement, mettant en évidence des arrangements originaux. La régulation de la transcription faisant appel à de multiples acteurs, la nature, comme souvent, a utilisé la diversité des solutions pour générer au cours de l'évolution ces réseaux d'interactions complexes. [...]

[...] L'expression d'un gène aboutit à la synthèse d'une protéine spécifique. Chez les organismes pluricellulaires, toutes les cellules disposent du même stock de gènes, hérité d'une cellule initiale unique (l'œuf issu de la fécondation), et pourtant elles ne sont pas toutes identiques, parce qu'elles sont capables de synthétiser plus ou moins voire pas du tout les différentes protéines codées dans le génome, en fonction de leur type cellulaire et du stade de développement de l'organisme. Ainsi, l'hémoglobine est produite dans les précurseurs des globules rouges, les anticorps dans les lymphocytes l'actine et la myosine dans les cellules du muscle, la kératine dans celles de l'épiderme. [...]

[...] Chacun contrôle toute une catégorie de gènes possédant dans la région régulatrice une même séquence de reconnaissance à laquelle il se lie spécifiquement. Chez les bactéries, la régulation est souvent fondée sur la répression: un répresseur est fixé sur son site de liaison, l'opérateur, situé à proximité du promoteur, gênant ainsi la fixation de la polymérase. La répression est levée par la présence d'un inducteur dans le milieu, qui agit en dissociant le répresseur de l'opérateur, permettant à la transcription de démarrer. [...]

[...] La question est de savoir ce qui détermine le début et la fin de la transcription par la polymérase. Pour le démarrage, des séquences signal, présentes au niveau du promoteur (partie du gène située en amont de la région codante), servent à positionner la polymérase. Chez les bactéries, les promoteurs contiennent très souvent la séquence TTGACA à 35 paires de bases et la séquence TATAAT à 10 paires de bases en amont du point de départ. Chez les eucaryotes, dans la très grande majorité des cas, la polymérase est positionnée par la fixation de la protéine TBP (en anglais, TATA-binding protein) à un court segment du promoteur contenant aussi la séquence TATA (la «boîte mais située cette fois à 25 paires de bases en amont du point de départ. [...]

[...] La reconnaissance de sites spécifiques de l'ADN Comment les régulateurs de transcription reconnaissent-ils leurs gènes cibles au sein d'un génome qui en compte plus d'une centaine de milliers ? Des études de mutagenèse ont montré que chacune de ces protéines se lie à l'ADN, le plus souvent en amont de la partie codante des gènes dont elle contrôle l'expression, grâce à la présence d'une séquence d'une dizaine de paires de bases qui lui sert à la fois de site de reconnaissance spécifique et de point d'ancrage. [...]