1. Régulation de l'expression des gènes

Régulation de l'expression des gènes | Biologie moléculaire • UE1
Tutorat Santé Lyon Sud (2016-2017) 1/22
Tutorat Santé Lyon Sud
UE1
Régulation de l'expression des gènes
Cours du Professeur J. SAMARUT
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SOMMAIRE
I. GENERALITES ................................................................................................................................................ 3
II. RÉGULATION DE LA TRANSCRIPTION ............................................................................................................ 3
II.A. CHEZ LES PROCARYOTES ........................................................................................................................................ 3
II.B. CHEZ LES EUCARYOTES .......................................................................................................................................... 5
1. Structure générale des régions assurant le contrôle de la transcription des gènes eucaryotes ..................... 5
2. Les facteurs régulateurs eucaryotes .............................................................................................................. 6
III. REGULATION EPIGENETIQUE DE L'EXPRESSION D'UN GENE .......................................................................... 8
IV. MODELE DE CONTROLE INTEGRE DE LA REGULATION DE L'EXPRESSION D'UN GENE ................................... 10
V. MODELE DE REGULATION DE L'EXPRESSION D'UN GENE PAR UN RECEPTEUR NUCLEAIRE ............................ 11
V.A. STRUCTURE DES RÉCEPTEURS NUCLÉAIRES .............................................................................................................. 11
V.B. 3 TYPES DE RÉCEPTEURS NUCLÉAIRES ..................................................................................................................... 11
V.C. EXEMPLE : MECANISMES DE REGULATION DES DIFFERENTS GROUPES .......................................................................... 12
V.D. INFLUENCE DES FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX DE LA CELLULE ................................................................................. 14
V.E. EXEMPLE : RÉGULATION DE LA TRANSCRIPTION PAR LE FACTEUR CREB ........................................................................ 14
VI. METHODES D'ANALYSE DE LA REGULATION DE LA TRANSCRIPTION ........................................................... 15
VI.A. TEST DU GÈNE RAPPORTEUR ............................................................................................................................... 15
VI.B. TEST DE RETARDEMENT SUR GEL .......................................................................................................................... 16
VI.C. TEST D'EMPREINTE À LA DÉSOXYRIBONUCLÉASE ...................................................................................................... 17
VI.D. TEST D'IMMUNOPRÉCIPITATION DE CHROMATINE ................................................................................................... 18
VII. REGULATION POST-TRANSCRIPTIONNELLE CHEZ LES EUCARYOTES ............................................................ 18
VII.A. ARNM ........................................................................................................................................................... 18
VII.B. LES MIARN .................................................................................................................................................... 20
VII.C. LES ARN LONGS NON CODANTS (LNCARN) .......................................................................................................... 21
1. Caractéristiques ........................................................................................................................................... 21
2. Mécanismes d’action ................................................................................................................................... 22

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I. GENERALITES
La régulation de l'expression des gènes passe avant tout par la régulation de la transcription et de
l'expression des ARNm, qui aboutit à réguler la production et la nature des protéines.
Elle est assurée de plusieurs façons :
 Régulation quantitative :
 Modulation du niveau de transcription d'un gène
 Régulation de l'accumulation des ARNm
 Régulation qualitative :
 Structure des ARNm
 Modifications de la séquence codante
II. RÉGULATION DE LA TRANSCRIPTION
La régulation est une réponse de la cellule à son milieu environnant pour s’adapter, nécessitant la
production d'un équipement protéique adéquat.
Toutes les cellules n'auront pas le même rôle, et la transcription des différents gènes se fera alors en
fonction du tissu, mais aussi de l'environnement physiologique (présence d'hormones...).
 La régulation est donc fortement dépendante de l'environnement.
II.A. CHEZ LES PROCARYOTES
Chez les procaryotes, l'ARNm est polycistronique : il présente plusieurs séquences codantes
indépendantes, chacune entourée d'un codon start et d’un codon stop.
En général, toutes les protéines codées par un même ARNm polycistronique sont produites simultanément
et de manière coordonnée, et interviennent dans une même séquence biochimique.
NB :
- Un cistron est une séquence codante encadrée par AUG puis STOP
- Certains ARNm peuvent avoir plus de 2 cadres de lectures
Les gènes vont donc souvent être organisés en opérons. Un opéron est un ensemble de gènes ayant
vocation à fonctionner de manière coordonnée de façon à produire les protéines répondant à une voie
physiologique bien intégrée, ainsi qu'à apporter les mécanismes de régulation de cette voie.

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Exemple : régulation transcriptionnelle de l'opéron lactose
Il conditionne la production de sucre nécessaire à la nutrition de la bactérie.
La cellule bactérienne a besoin d’une source de carbone, qu’elle trouve dans le catabolisme des sucres. Le
lactose n’étant pas utilisable comme source directe, on a besoin d’un clivage du lactose (grâce à une β-
galactosidase) pour obtenir du glucose et secondairement du galactose.
L’opéron lactose est composé d’un gène de structure avec 3 cadres de lectures :
- Lac Z : code pour la β-galactosidase (clive le lactose en Glu + Gal)
- Lac Y : code pour la β-galactosyl-perméase (assure la perméabilité de la bactérie au lactose, permet
les échanges de sucres à travers la membrane)
- Lac A : code pour la β-galactoside trans-acétylase (rôle inconnu de l'acétylation)
Le promoteur de ces trois gènes possède :
- En amont : un site CAP fixant une protéine CAP activée par l'AMPc : la fixation induit l'activation du
promoteur et donc la transcription des gènes de structure.
- En aval : un opérateur, qui est une séquence d’ADN sur laquelle se fixe des protéines régulatrices
permettant la régulation transcriptionnelle de l’opéron.
- Un gène de l'inhibition de la voie, Lac I, qui est un répresseur de la transcription sous forme
tétramérique qui va se fixer sur l’ADN opérateur et bloquer la transcription. Le répresseur peut se lier
au lactose et devient alors inactif. Le gène Lac I possède son propre promoteur.
Le gène de structure est doublement contrôlé :
- Le tétramère Lac I fixe le lactose, et quand il est fixé au lactose, il ne peut pas se fixer à l’opérateur. Il ne
bloque donc pas la transcription  la répression est levée.
- Le glucose inhibe l'AMPc, qui n'active donc pas la protéine CAP

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Pour que la transcription ait lieu, il y a donc deux conditions : il faut que le répresseur soit inactif et que le
promoteur soit actif.
Quand [Glu] augmente dans le milieu : pas besoin de production de glucose à partir du lactose, donc
[AMPc] diminue, ce qui freine le fonctionnement du poly-cistron.
II.B. CHEZ LES EUCARYOTES
1. Structure générale des régions assurant le contrôle de la transcription des gènes
eucaryotes