29/10/2013 BOUAZIZ Lisa BMCP Pr. A. MARGOTAT 24
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BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) 29/10/2013 BOUAZIZ Lisa BMCP Pr. A. MARGOTAT 24 pages Régulation de l’expression des gènes (2) Plan : A. B. Eléments cis distaux, facteurs de transcription spécifiques et corégulateurs Généralités sur les facteurs de transcription I. Les domaines des facteurs de transcription II. Les domaines de fixation à l’ADN C. Cas des récepteurs nucléaires I. Description du mécanisme général II. Les ligands des récepteurs nucléaires III. Dans quelle voie métabolique et mécanisme biologique les récepteurs nucléaires sont impliqués IV. Une superfamille : des molécules très conservées, d’origine ancienne V. Les domaines fonctionnels des récepteurs nucléaires VI. Classification fonctionnelle D. Corépresseurs et coactivateurs I. Les corépresseurs II. Les coactivateurs III. CBP/p300 cointégrateurs IV. Mécanisme incluant les corégulateurs E. Application à une pathologie : exemple du syndrome de résistance aux hormones thyroïdiennes I. Le système thyroïdien II. Principales caractéristiques du syndrome de résistance aux HT III. Evolution IV. Causes V. Altération fonctionnelle de TRβ du à la présence de mutations F. Un autre mode de régulation : l’interférence ARN I. Découverte II. Mécanismes III. Qu’est qui est transcrit, sous quelle forme, dans quelle région du génome ? BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) A. Eléments cis distaux, facteurs de transcription spécifiques et corégulateurs Dans les gènes régulés, en plus des éléments précités, on trouve d’autres éléments (« cis ») capables de fixer un grand nombre de facteurs différents. Suivant les cas, sont recrutés des histones acétylases ou des histones désacétylases, activant ou inhibant la transcription de l’ADN : grande diversité des corégulateurs. Facteurs de transcription (« trans ») spécifiques = autres que « généraux » L’élément cis (élément de réponse) sur lequel ils se fixent peut être très éloigné du promoteur. • Quand ils sont activateurs, ils sont indispensables pour que la transcription soit efficace. • Ils peuvent aussi être inhibiteurs et alors ils empêchent toute activation de la transcription. Ils sont extrêmement nombreux (+ de 2000 entrées dans Transfac) mais chaque cellule en possède un jeu plus ou moins important. Si dans une cellule un élément de réponse libre ne trouve pas un facteur capable de s’y fixer, le gène régulé par cet élément ne sera pas transcrit très efficacement (ou même pas du tout). Les facteurs de transcription se fixent généralement sur l’ADN sous forme de dimères qui peuvent être : − des homodimères (2 molécules semblables) − des hétérodimères (2 molécules différentes d’une même famille) Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription dont l’activité est dépendante de la fixation d’un ligand (souvent une hormone ou un métabolite hydrophobe). Les récepteurs nucléaires peuvent se fixer sur des éléments même si ceux-ci sont inclus dans une séquence d’ADN fortement associée à un nucléosome. Les éléments CIS (ex : boîte àTATAA) sont donc des parties de l’ADN plus ou moins proches du promoteur donc du site d’initiation de la transcription. Ils sont reconnus par des facteurs de transcription. Les éléments TRANS sont des protéines qui se fixent sur les éléments CIS de l’ADN pour réguler la transcription. B. Généralités sur les facteurs de transcription I. Les domaines des facteurs de transcription Ces facteurs de transcription sont des molécules multifonctionnelles comprenant plusieurs domaines : − Un domaine de fixation à l’ADN − Un domaine d’activation ou de répression − Un domaine de dimérisation (car ils agissent le plus souvent sous forme de dimères) − Un domaine de fixation du ligand (cas des récepteurs nucléaires) II. Les domaines de fixation à l’ADN BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Les différents domaines de fixation à l’ADN que l’on peut rencontrer dans les différents facteurs de transcription sont : − Les structures en doigts de zinc − Les structure en « helix-turn-hélix » (hélice - tour - hélice) − Les structures « helix-loop-helix » (hélice – boucle - hélice) Cependant dans de nombreux cas, il est difficile de catégoriser le domaine de fixation. C. Cas des récepteurs nucléaires Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription activés par des ligands gouvernant l’activité de « gènes cibles ». I. Description du mécanisme général Exemple du récepteur nucléaire aux hormones thyroïdiennes : petites molécules hydrophobes (ce ne sont pas des protéines, ni des peptides) 1) L’hormone T, qui a été produite par la glande T, est transportée dans le sérum par une protéine de transport. 2) Lorsqu’elle arrive sur sa cellule cible elle est transportée activement au travers de la membrane puis prise en charge par une autre protéine dans le cytoplasme. 3) Elle accède au noyau et se fixe sur son récepteur nucléaire. 4) L’ensemble hormone – récepteur va se fixer sur l’élément de réponse pour permettre la transcription du gène. 5) L’ensemble des protéines produites suite à cette première transcription correspond à la réponse à la stimulation hormonale II. Les ligands des récepteurs nucléaires Ce mode de signalisation par une hormone petite et hydrophobe est un mode commun à plusieurs métabolismes. Ces ligands nucléaires sont une famille de molécules qui se ressemblent toutes : molécules petites et hydrophobes. Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription qui se trouvent généralement dans le noyau et sont activés par des molécules hydrophobes. Exemple de ligands de récepteur nucléaire ci-dessous : œstradiol, testostérone, progestérones, etc. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Ils sont tous de petite taille et comportent un noyau hydrophobe : ces caractéristiques permettent de les transporter à travers les membranes facilement. III. Dans quelle voie métabolique et mécanisme biologique les récepteurs nucléaires sont impliqués III.a. La signalisation endocrine Cas des récepteurs aux androgènes, œstrogènes, glucorticoïdes, etc. III.b. L’homéostasie lipidique et le métabolisme Les récepteurs nucléaires intervenant ici sont présents en grand nombre dans le tissu adipeux et représentent une cible pour les médicaments contre le diabète. Ils sont sensibles aux acides biliaires, aux oxystérols et aux acides gras. Leur action dans les cellules est d’activer la fabrication de transporteurs spécifiques des lipides et des protéines de transport des AG et des enzymes de métabolisation. L’acide lithocholique est un produit final toxique de dégradation des lipides que l’on trouve dans l’intestin. Pour être éliminé, elle utilise le signal VDR qui active les enzymes et protéine nécessaire à la détoxification. III.c. La différenciation et prolifération cellulaire PPAR, VDR, TR, … On a dénombré chez l’homme 48 récepteurs nucléaires humains. IV. Une superfamille : des molécules très conservées, d’origine ancienne BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Toutes les protéines qui remplissent une fonction importante sont conservées dans l’évolution : on trouve des correspondances entre les différentes espèces (ici entre l’homme, le ver et la drosophile). Tous ces récepteurs sont membres de la même superfamille comme le montre cet arbre phylogénétique. Ils ont un ancêtre commun et se sont différenciés à partir de lui sans tout de même s’éloigner beaucoup entre eux. C’était un facteur de transcription à l’origine et il s’est différencié dans les différentes espèces jusqu’à acquérir la capacité de reconnaître un ligand : c’est un facteur de transcription plus évolué que les autres. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Quelques récepteurs nucléaires alignés par le domaine de liaison à l’ADN : structure en domaine des RNs Ces récepteurs nucléaires ont une structure particulière divisée en domaines, ou structures. On peut aligner ces protéines pour les comparer en alignant le domaine C qui est le domaine de fixation à l’ADN. − Le domaine AB est très différent en taille et nature entre les différents récepteurs − Le domaine C est le domaine de fixation à l’ADN − Le domaine D est un domaine charnière entre les domaines C et E − Le domaine E est spécifique : il va reconnaître l’hormone dont il est le ligand C’est la possibilité d’aligner ces protéine en utilisant en particulier le domaine de liaison à l’ADN qui permet de les reconnaitre comme récepteurs nucléaires lorsqu’on cherchait à les identifier (on les connait tous maintenant). Rq : Le récepteur de la vitamine D et le récepteur aux hormones thyroïdiennes ont une structure très proche. V. Les domaines fonctionnels des récepteurs nucléaires Il y a 4 familles de fonctionnement. V.a. Famille 1 C’est le modèle des récepteurs aux œstrogènes, glucocorticoïde et hormones thyroïdiennes. 1) Le récepteur se trouve dans le cytoplasme. Lorsqu’il n’y a pas d’hormone, il est lié à des protéines chaperonnes (Hsp) qui le maintiennent dans une conformation nécessaire à la reconnaissance du ligand et le protège de la dégradation. 2) Quand l’hormone arrive dans le cytoplasme, elle rencontre son récepteur et engendre une transformation allostérique. 3) Les protéines Hsp sont libérées 4) L’ensemble hormone-récepteurs sous forme de monomère ou dimère va gagner le noyau. 5) Presque toujours sous forme de dimère, il va se fixer sur son élément de réponse sur l’ADN. Cet élément de réponse est une séquence consensus : AGAACA ou AGGTCA (très conservée). V.b. Famille 2 BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) On ne trouve pas le récepteur dans le cytoplasme, on ne le trouve que dans le noyau. L’hormone doit arriver dans le noyau pour rencontrer son récepteur. Il peut agir comme homo-dimère mais la plupart du temps il agit sous forme d’hétéro-dimère et dans ce cas toujours en association avec RXR (récepteur de l’aide rétinoïque). Dans cette catégorie, les hémisites consensus correspondent à : A/G GGT C/ G A Les éléments de réponse ne sont pas toujours exactement dans la même disposition. On peut trouver : − Des palindromes inversé : AGGTCA voire séparé par un ou plusieurs nucléotides − Des répétitions directes − Des palindromes V.c. Famille 3 On trouve les récepteurs de cette catégorie dans le cytoplasme et dans le noyau. Ils agissent sous forme de monomères mais peuvent aussi agir sous forme de dimère. On ne connait pas la plupart des ligands des récepteurs de cette catégorie. On peut cependant les classer dans la catégorie des récepteurs nucléaires par l’étude de leur structure. On les dit orphelins car on ne connait pas leur ligand (quand on découvre leur ligand, ils deviennent adoptés) V.d. Famille 4 Elle contient uniquement le récepteur HNf-4 qui agit sous forme de dimère. On ne connait pas sont ligand. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Séquences « cis » consensus : exemple des séquences d’ARN identifiées comme élément de réponse à T3 dans les gènes cibles. VI. Classification fonctionnelle Ci-dessus la protéine d’un récepteur nucléaire. On peut déterminer des régions impliquées par exemple : • Dans la dimérisation • Dans la liaison au ligand qui sont celles qui ne sont pas impliquées dans la dimérisation • Dans la transactivation : lorsque le récepteur est lié avec son ligand, il déclenche la transcription du gène. C’est ce qu’on appelle la transactivation. 2 zones de transactivation sont importantes. o AF1 : la plus N terminale. Elle est indépendante du ligand, ce qui signifie qu’un récepteur sans ligand peut avoir une faible activité. o AF2 : la plus C terminale. Elle est dépendante du ligand. VI.a. Le domaine A/B Il comprend AF1 et quelques séquences d’adressage, c’est à dire des séquences qui permettent que le récepteur soit dirigé vers le noyau. Cette région est très variable en taille et en séquences. Elle peut interagir avec TF II D via TBP (TATA binding protéin) Elle permet l’adressage nucléaire par les séquences d’adressage. Elle est capable d’interagir avec des coactivateurs (CBP/p300, SRC-1) C’est un site potentiel de phosphorylation (activation pour certains). VI.b. Le domaine C C’est le plus conservé au travers des membres de la superfamille des récepteurs nucléaires. C’est le domaine de liaison à l’ADN. Ce sont des domaines en doigts de zinc qui reconnaissent l’ADN qui lui confère une certaine rigidité. Les 2 hélices H1 et H2 permettent de se positionner dans l’espace sous forme d’hélices perpendiculaires et H1 va pouvoir s’introduire dans le grand sillon de l’ADN et reconnaitre la séquence AGGTCA. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Les boucles sont spécifiques de chaque récepteur nucléaire et aident à reconnaitre AGGTCA. Les récepteurs nucléaires viennent se fixer grâce à leur domaine C sur l’ADN mais sur des sites distants par rapport au gène à transcrire. De plus, ils peuvent y accéder lorsque l’ADN est toujours enroulé autour d’un nucléosome. Ainsi, même si la région où ils se fixent est éloignée du gène, avec la compaction il y a peu de distance réelle entre ces 2 sites. Le zinc est coordonné par 4 cystéines, ce qui donne de la rigidité à la protéine. Dans les encadrés bleu ciel, on a les hélices H1 et H2. Or on voit la boîte p et la boîte d : La p-box est la séquence qui reconnait les bases de l’ADN : si on redessine tout cela en 3D, les doigts de zinc rigidifient la structure et font en sorte que H1 et H2 se retrouvent perpendiculaires et puissent glisser dans l’ADN. Les bases AGGTCA sont accessibles par reconnaissance par P et D qui se trouvent à côté de ces hélices. VI.c. Le domaine D ou domaine charnière (Hinge) Il comporte un signal de localisation nucléaire et des sites de liaison à des cofacteurs. Ce domaine a une grande importance dans la fixation des dimères sur leurs séquences consensus. En effet, les sites consensus peuvent être des palindromes, ce qui signifie que les domaines de reconnaissance de l’ADN peuvent être dans des sens différents. La partie de la molécule qui se lie à l’ADN et celle qui se lie au ligand sont toutes les deux fixes. Il faut donc qu’entre ces 2 parties de la molécule un domaine du récepteur comme une souplesse à celui-ci afin qu’il s’adapte à la séquence à reconnaitre. C’est le rôle du domaine D ou charnière. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) VI.d. Le domaine E C’est le domaine le plus important de liaison à l’hormone. Il est spécifique à chaque récepteur. C’est le domaine le plus terminal. On y trouve : − Le site de liaison spécifique au ligand − Le site d’homo ou d’hétéro-dimérisation − Une activité d’activation et de répression transcriptionelle dépendante du ligand. Sans hormone (schéma a) les hélices sont reliées entre elles : il y a 12 régions α hélice. Elles sont enroulées en « 3 épaisseurs ». La dernière de ces hélices qui porte le domaine AF-2 (activation dépendante du ligand) se trouve à l’extérieur de cette structure. Au centre, on trouve une poche hydrophobe qui va reconnaitre le ligand. Lorsque le ligand (non représenté) se fixe (schéma b) il induit une transconformation et l’hélice H12 vient se replier vers l’intérieur et vient bloquer le ligand pour le fixer dans ce site. VI.e. Le domaine F Il n’existe pas dans tous les récepteurs nucléaires. Il est variable en taille et en séquence. Il doit peut être permettre une modulation des effets agonistes/antagonistes suivant les récepteurs nucléaires (on ne connait pas très bien son rôle). D. Corépresseurs et coactivateurs Exemple : élément de réponse TRE Lorsque l’hormone thyroïdienne n’est pas présente, l’hétérodimère peut se fixer sur son élément de réponse. Cependant, il y a une impossibilité de transcrire car il y a un recrutement d’un corépresseur qui empêche la transcription. Lorsque l’hormone T3 arrive : 1- Elle se fixe sur son récepteur BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) 2- Cette fixation induit une transconformation de ce domaine ce qui modifie la surface d’interaction avec le corépresseur. 3- Le corépresseur se détache du récepteur nucléaire 4- Un coactivateur est activé ce qui va permettre d’activer la transcription du gène en aval I. Les corépresseurs Les deux plus importants sont : N-CoR et SMRT • Ce sont 2 protéines différentes mais voisines • Ce sont de grandes protéines • Elles ont un grand nombre de domaine Ces domaines sont des régions d’interaction avec beaucoup d’autres partenaires comme avec les facteurs de transcription (en clair sur le schéma) qui servent à réprimer l’action du récepteur nucléaire. RD1 à 4 sont des domaines de répression DAD (déactylase activating domaine) est un domaine qui va permettre aux corepression de recruter des désacétylases qui vont interdire la transcription en compactant la chromatine. N1 à N3 et S1 sont des sites d’interaction avec les Rns. II. Les coactivateurs P300 et CBP sont 2 protéines différentes mais très semblables au point qu’on parle souvent de CBP/p300 Lorsque le corépresseur va être libéré, une séquence va être libérée : LXXLL. Les coactivateurs vont recruter des protéines nécessaires à l’activation de la transcription. Ces coactivateurs comportent : − Un domaine qui permet de reconnaitre le domaine LXXLL du récepteur nucléaire lorsque son ligand est à l’intérieur. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) − Un bromo domaine : domaines qui apparaissent sur les histones lorsqu’elles sont acétylés et qui va donc permettre de se lier aux histones. − Un domaine acétyl-transférase : (l’inverse des désacétylase) : les histones vont être acétylées pour permettre l’interaction entre l’ADN et les histones − Un domaine CREB (CREB est une protéine ubiquitaire agissant comme du FRT) − Un domaine SRC (un coactivateur) − Un domaine qui lie la polymérase II et TFIIB. Le coactivateur reconnait le RN lié à son ligand et recrute des protéines qui vont aider à la transcription parmi lesquelles des acétyl-transférase notamment (modification de la chromatine). BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Représentation 3D du domaine E du RN Tant que l’hélice H12 n’est pas repliée, il y a un motif de reconnaissance de corépresseurs. Lorsque le ligand vient se fixer, l’hélice H12 se replie et fait apparaitre un domaine que reconnaissent les coactivateurs LXXLL. Après leur liaison à ce domaine, une cascade d’évènement permet d’activer la transcription (recrutement de protéine). III. CBP/p300 : un « cointégrateur » CBP = CREB Binding protein III.a. Structure CBP et p300 sont 2 protéines différentes mais très semblables, alors on les représente comme une seule entité définie comme un coativateur et appelé aussi cointégrateur. On retrouve sur ce cointégrateur : − Un site de reconnaissance des RN − Un site de reconnaissance de TBP (TATA Box binding protéine) − Un domaine de liaison à CREB (CREB binding protéin) − Un bromo domaine pour reconnaitre le bromo domaine des histones actéylées − Un domaine HAT (histone acétylase) qui reconnait TFIIB Dans cette protéine in retrouve des sites de liaisons pour pratiquement tous les éléments qui permettent d’activer la transcription. III.b. Rôle Lorsqu’une cellule doit répondre à une stimulation hormonale, elle le fait en intégrant tous les signaux pour que la réponse soit conforme à toutes les informations reçues : signaux qui viennent de la membrane et signaux qui viennent de l’hormone. Pour cela, il faut des molécules d’intégration comme CBP/p300. A partir d’un récepteur membranaire, il y aura production d’un ou plusieurs signaux cellulaire qui via des phosphorylations vont activer des molécules qui elles même vont activer ou réprimer la transcription. Intégration avec les autres voies de signalisation Rq 1 : SREBp (stérol régulator binding protéine) : régule la quantité de cholestérol dans les cellules. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Rq 2 : la voie la plus à droite du schéma représente une hormone qui va directement dans le noyau pour activer son récepteur nucléaire. Différents processus : → Phosphorylation directe → Phosphorylation ou protéolyse → Niveau de 2nd messager → Libération par la protéolyse à la membrane plasmique. Ce schéma montre l’intégration de la voie des récepteurs nucléaires avec les autres voies de signalisation grâce à des cointégrateurs comme CBP/p300. L’activité de la polymérase 2 va être dépendante de l’intégration de TOUS les signaux par l’intermédiaire de CBP/p300. IV. Mécanisme incluant les corégulateurs BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) En absence de ligand, le récepteur nucléaire rencontre des corépresseurs : l’ensemble désacétyle les histones et réprime la transcription. Lorsque le ligand se lie à son récepteur, les corépresseurs sont éjectés et des coactivateurs et cointégrateurs sont recrutés : grâce à eux, tous les éléments recrutés permettant la transcription s’agrègent. Il y a acétylation des histones (décompaction de la chromatine qui la rend l’ADN accessible à la transcription) et la polymérase II est activés. La transcription a lieu. Modèle de promoteur (vitellogénine BI de Xénope) E. Application à une pathologie : exemple du syndrome de résistance aux hormones thyroïdienne Ce syndrome correspond à une diminution de la réponse fonctionnelle des tissus cibles à une stimulation hormonale physiologique. I. Le système thyroïdien BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) L’hypothalamus synthétise le TRH (hormone peptidique) qui agit sur l’hypophyse qui va synthétiser la TSH (hormone peptidique) TSH agit sur la glande thyroïde qui synthétise les hormones T3 et T4 (hormone thyroïdienne) Lorsque les hormones T3 et T4 sont produites, elles sont transportées dans la circulation par des protéines spécifiques puis passent les membranes activement grâce à un transporteur. T4 est la protéine qui circule essentiellement. Une 5’D désiodase va enlever l’iode en 5’ de T4 ce qui la transforme en T3 qui est l’hormone active car elle a plus d’affinité pour le récepteur que T4. T3 est transporté jusqu’au noyau et rencontre la situation où ses gènes cibles sont inhibés par un corépresseur. T3 se fixe, éjection du corépresseur, recrutement des coactivateurs et la polymérase 2 transcrit le gène concerné. Le taux de T3 et T4, s’il augmente, exerce un rétrocontrôle négatif sur la production de TRH et TSH ce qui permet l’homéostasie thyroïdienne. II. Principales caractéristiques du syndrome de résistance aux HT Lors du syndrome de résistance : − T3/T4 sont élevés − TSH est normale : c’est inapproprié par rapport au taux élevé de T3 et T4 : il n’y a pas de rétrocontrôle négatif − Absence de symptôme en corrélation avec un taux de T3 élevé (pas de signe d’hyperthyroïdie) − Un goitre apparaît (augmentation de volume= hyperstimulation de la glande thyroïde) Ce syndrome est donc bien une résistance : les patients ont un statut thyroïdien inapproprié mais pas de symptôme caractéristiques. Mais cependant, il y a des signes périphériques variables et dissociés, non spécifiques. Les causes habituelles de consultation sont : Goitre Déficit d’attention/hyperactivité Tachycardie Retard de croissance Difficulté d’apprentissage On effectue un dépistage chez les enfants dont les parents sont porteurs. III. Evolution Elle est variable dans le temps et suivant le sujet. Le goitre est récurrent après excision que l’on pratiquait anciennement. BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Dans un seul cas, un enfant homozygote est mort à l’âge de 7 ans. C’est une pathologie rare et familiale : dans 85% des cas, plus d’un membre de la famille est atteint. La transmission se fait sur le mode de transmission autosomique DOMINANT (sauf dans un cas particulier : récessif). Ce syndrome a été caractérisé en 1967 par S. Refetoff. IV. Causes Depuis 1987, on sait que cette pathologie est liée à des mutations du gène c-erbAβ codant pour le récepteur aux hormones thyroïdiennes de type β (TRβ). Il y a 2 types de récepteurs pour les hormones thyroïdiennes : α et β. Leur fonction est semblable mais leur répartition dans les tissus est différente (dans l’antéhypophyse on trouve des β). Comme vu précédemment, toutes les mutations liées à la résistance thyroïdienne se trouvent dans le gène TRβ. Les mutations ne se retrouvent que dans le domaine qui lie l’hormone : T3-binding. Elles sont regroupées dans 3 régions particulières : des clusters séparés par des régions sans mutations correspondant aux régions impliquées dans la dimérisation. Il y a un grand nombre de mutations différentes possibles et non une seule mutation pour tous les patients. A ce jour, une seule mutation dans TRα a été identifiée, mais le phénotype est différent. La pathologie n’est en faite pas la même : il ne s’agit pas d’un syndrome de résistance aux hormones thyroïdiennes. Cependant dans 15% de cas bien étudiés, on ne trouve pas de mutation de TRβ (ni TRα). Des mutations on été recherchées dans de nombreux autres gènes (corégulateurs, etc) mais aucune n’a été identifiée. Pourtant sur des souris on arrive à reproduire la résistance en introduisant des mutations sur des corégulateurs comme SRC-1. V. Altération fonctionnelle de TRβ du à la présence de mutations On observe : • Diminution de liaison de l’hormone • Conservation liaison à l’ADN et dimérisation • Diminution de l’activité transcriptionelle avec ou sans diminution de l’affinité pour T3 • Effet dominant négatif : les parents sont hétérozygotes et même si un seul allèle est muté, l’allèle sain ne permet pas de corriger la perte de fonction de l’allèle muté (sauf 1 cas exceptionnel homozygote). Pour qu’un récepteur muté soit dominant négatif, il faut : → Conservation de la liaison à l’ADN → Conservation de l’homo ou hétéro-dimérisation o pour créer un effet de compétition avec les récepteurs sains BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) Ceci peut expliquer pourquoi on ne « voit » pas de mutation ailleurs que dans les régions « hot spot », de liaison à l’hormone : elles seraient silencieuses. Il existe un cas de délétion complète de TRβ (exon 5 à 10) : la transmission est récessive, les hétérozygote sont normaux, le seul individu homozygote présente des signes modéré. A l’inverse, l’individu porteur de la mutation (∆T337) homozygote était lourdement atteint : Il n’a plus que les récepteurs α qui fonctionnent. Si on produit un récepteur muté qui reconnait l’ADN et des partenaires : il y a compétition de liaison sur les TRE et compétition de liaison avec les cofacteurs. Cela explique la dominance. Il va ensuite empêcher les récepteurs sauvages de se fixer et cela entraîne une compétition qui induit une diminution de la réponse hormonale. L’organisme a donc tendance a fabriquer plus de T3 et T4 pour compenser et augmenter la réponse. F. Un autre mode de régulation : l’interférence ARN I. des Découverte Les premiers microARN qui ont été découverts sont impliqués dans la régulation de la chronologie du développement de l’embryon chez C.elegans. Lorsqu’on a criblé les gènes impliqués dans le développement en réalisant une analyse du comportement de mutant, les chercheurs ont trouvé le gène « lin-4 » qui régule négativement l’expression d’un autre gène : le gène « lin-14 ». Curieusement le gène lin-4 ne code pas pour une protéine mais pour un petit ARN non codant et complémentaire de la séquence 3’ non traduite (3’UTR) de l’ARNm de lin-14. Six ans plus tard sur le même modèle biologique, on découvre un autre ARN : let-7 dont la séquence semble être conservé dans le règne animal. Lin-4 et let-7 sont les premiers membres fondateurs de la superfamille des microARN. II. Mécanismes Le schéma classique est un gène transcrit en ARNm qui sort du noyau et est traduit en protéine. Parallèlement, il existe une autre catégorie de gène qui code pour ARN qui ne codent pas pour des protéines : 1) Transcription d’un pri-microARN qui se replie en forme d’épingle à cheveux BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2) 2) Maturation en pré-microARN : le pri-microARN est clivé par une RNase de type III (drosha) en présence de DGCR8 pour donner un précurseur (pré-microARN) d’environ 70 pb. 3) Exportation dans le cytoplasme 4) Le pré-microARN rencontre DICER qui le clive et qui permet d’obtenir un micro ARN mature de 22pb 5) Association de microARN avec RISK 6) L’ensemble va reconnaitre la partie 3’UTR de son ARNm cible et va bloquer sa traduction. Chez l’homme, 575 miARN sont décrit à ce jour. Leurs fonctions restent à définir mais plusieurs jouent un rôle dans certains cancers (oncogènes ou anti-oncogène) → Plusieurs miRNA peuvent réguler le même gène → Un miRNA peut régule plusieurs gène (notion de réseau, spécificité large) → Un même gène peut être régulé par plusieurs miRNA 40% des miRNA se situent dans des introns. Environ un tiers des gènes humains pourraient être partiellement au moins régulés par des miRNA. L’expression des miRNA est elle-même régulée par des RNs. III. Qu’est qui est transcrit, sous quelle forme dans quelle région du génome ? Grace à des méthodes nouvelles (« tilling microarrays »), on peut étudier l’ensemble de tous les ARNs synthétisés dans une cellule : seuls 2% de ces ARNs correspondent à des séquences exoniques ! (parmi les microARN) En outre au moins 5% des gènes « classique » sont transcrits sous forme de longs ARNs recouvrant plusieurs gènes (des transcrits polygéniques). Les gènes sont parfois regroupés en « clusters ». La régulation de leur expression peut être coordonnée. Les clusters sont séparés par de longues régions intergéniques. Des ARNs non-codants, long ou courts, avec ou sans polyA sont transcrit de l’un ou l’autre brin. L’épissage alternatif a lieu sur 75% des gènes : ces gènes produisent chacun plus d’une protéine pour un gène. 20% des gènes ont des promoteurs alternatifs ce qui permet aussi de produire plusieurs protéines différentes. Les transcrits chevauchants sont parfois très long sur les 2 brins dans les introns ou les exons. Les parties codantes peuvent être transcrites en sens inverse pour deux gènes différents sur la même séquence d’ADN. La transcription peut être bidirectionnelle. Au voisinage des points d’initiation et de terminaison de la transcription on découvre des : − Des ARN d’initiation de transcription − Des ARN d’association au promoteur TiRNAs : transcription initiation RNAs TSS : transcription star site PASRs : promoteur associated short RNAs TASR : termini associated short RNAs BMCP – Régulation de l’expression des gènes (2)
