10/11/2015 HIBON Salomé L2 CR : Juliette Phélip BMCP Pr

BMCP- Régulation de l'expression génique : application à la pathologie
10/11/2015
HIBON Salomé L2
CR : Juliette Phélip
BMCP
Pr SAVEANU
14 pages
Titre du cours
Plan
A. Éléments cis et les facteurs de régulation trans
B. Les récepteurs nucléaires
I. Structure des Récepteurs nucléaires
II. Mode d'action
III.
Un exemple de pathologie liée a un récepteur nucléaire : Le syndrome de résistance aux
hormones thyroïdiennes : RHT
C. L’interférence ARN
D. Le projet Encode
A-Les éléments « cis » et les facteurs de régulation « trans »
Dans les gènes régulés, en plus des éléments précités, on trouve d’autres éléments (« cis ») capables de fixer un
grand nombre de facteurs différents.
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
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• 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 homo dimères (2 molécules semblables)
− des hétéro dimères (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).
CR : Les facteurs de transcription ne sont pas présents dans toutes les cellules.
Ces facteurs de transcription sont des molécules multifonctionnelles comprenant plusieurs domaines :
− Un domaine de fixation à l’ADN
− Un domaine d’activation
− Un domaine de dimérisation (car ils agissent le plus souvent sous forme de dimères)
− Un (plusieurs) domaine(s) de fixation d'un co-activateurs/co-represseur ou des ligands (cas des récepteurs
nucléaires)
Classification des facteurs de transcription ( structurelle ) :
− Les structures en doigts de zinc
− Les structure en « hélix-turn-hélix » (hélice - tour – hélice) ( les deux éléments en rouges peuvent bouger l'un
par rapport a l'autre , permet de bouger l'un par rapport a l'autre)
− Les structures « helix-loop-helix » (hélice – boucle – hélice)
-Les structures a « glissières à Leucine « ( Leu zipper)
B- Les récepteurs nucléaires (RN)
–
Facteurs de transcription activables : signal habituellement lipophile
–
Superfamille : 48 membres ( dans l'espèces humaine)
–
Spécifiques des métazoaires
–
Implications physiopathologiques vastes ( cibles de médicaments ,
impliqué dans la pathologie , la physiologie , adaptation a
l'environnement et également a cible de xénons biotiques qui
peuvent être toxiques pour l'organisme )
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•
•
Premier RN cloné : GR , 1985 ( Hollenberg)
Entre 1985 et 1987 : identification de ER , PR , TR
•
•
Forte identité → criblage de nouveau RN ( 1er identifié : RARa)
Concept « d'endocrinologie inverse » ( Kliewer , 1999) = découverte du gène codant le récepteur avant
celle du ligand
Certains RNs sans ligand connu : « orphelins »
•
2eme catégorie ( retenir les 2 premiers , les PPAR sont des cibles pharmacologiques dans traitement du
diabète ou obésité par exemple ) CR : les RXR sont des récepteurs de l'acide rétinoïque.
3eme catégorie ensemble de récepteurs dont les ligands sont inconnus
I- Structure des Récepteurs nucléaires
4 domaines fonctionnels :
– le domaine A/B = modulateur
– le domaine C (de liaison a l'ADN principalement)
– le domaine D ( charnière )
– le domaine E ( de liaison du ligand principalement) ou E/F
( on regard toujours de N-ter a gauche a C-ter a droite)
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Le domaine A/B = modulateur
–
–
–
le plus variable dans la superfamille
fonction de régulation transcription AF1 ; recrutement de Co-activateurs
phosphorylation possible : modulation de l'activité. La phosphorylation modifie les charges donc permet
la modification des facteur de transcription
Le domaine C = domaine de liaison a l'ADN
- Reconnaissance de l'ADN
→ reconnaissance de l’élément de réponse
- 2 doigts de zinc ( type C2C2)
• 4 cystéines → chélation d'un ion de zinc
- Homologie au sein de la superfamille
• base de l'identification de nombreux RNs
• définit l’appartenance à la superfamille
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Le domaine D = domaine charnière
Charnière entre les domaines C et E
1. flexibilité , possibilité de rotation du dernier domaine (LBD = domaine E ) de 180°
→ adaptation a différents éléments de réponse ( IR , ER...)
2. NLS ( nuclear localization signal)
→ localisation dans le noyau ( initiale ou après liaison du ligand)
3. En absence du ligand → contact éventuel des co-represseurs ( qui maintiennent le récepteur dans un état
inactif)
Le domaine E = domaine de liaison du ligand = LBD
séquence variable dans la superfamille , mais structure 3D identique
1. Dimérisation
11 a 13 hélices alpha
2. Liaison du ligand
structure différente avec ou sans ligand
3. Activation et répression transcriptionnelle dépendante du
ligand
- fonction AF-2
- recrutement des co-activateurs
→ rôle de l'hélice H12
→ modèle de piège à souris ( « mouse trap »)
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II- Mode d'action
a) Généralités :
–
–
–
Liaison du ligand
Liaison de l'ADN
Les étapes d'activation ( 3 classes selon le mode d'action)
En règle générale : en l’absence du ligand → récepteur inactif ( séquestration cytoplasmique ou lié a un corepresseur)
En présence d'un ligand agoniste → récepteur actif ( +/- co-activateurs)
b) La liaison du ligand ( LBD , domaine E ) :
Modèle de piège a souris
–
Fixation du ligand
–
L'hélice H12 se referme en « couvercle »
–
Démasquage de la fonction AF-2
–
Conformation favorable au recrutement de co-acitvateurs
c) La liaison à l'ADN – les éléments de réponse
–
RN = facteur de transcription
liaison a l'ADN – séquence spécifiques = les éléments de réponse
–
Situés généralement dans les promoteurs des gènes cibles
1 RN → plusieurs cibles
–
Généralement , 2 séquences hexameriques = demi-sites
séparés de quelques nucléotides
séquences consensus = AGA/GTCA
–
3 profils de fixation a l’élément de réponse
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d) Les différents types d’éléments de réponse
1. fixation sous forme d'homodimere
- cas général des récepteurs des hormones stéroïdiennes ( AR ,ER , PR...)
- reconnaissance d'un élément de réponse de type IR ('répétition inversée ou
palindrome)
2. fixation sous forme d'heterodimere ( ex : VDR , TR , LXR...)
- Partenaire : RXR (Retinoid X receptor)
le plus fréquent des cas de figure est le DR : répétition directe
- Généralement DR1 à DR5 ( en fonction du nombre de nucléotides de séparation)
3. Fixation sous forme de monomères
- souvent récepteurs nucléaires orphelins
- demi-sites ( un seul brin ) AGG/TTCA précédé d'une région riche en A/T
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e) Les étapes de l'activation :
•
Récepteurs de type I – hormones stéroïdes ( ex : AR , GR...)
•
Récepteurs de type II- heterodimeres avec RXR ( ex : TR , LXR...)
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TR les 2 modes d'actions possibles , corépresseurs et coactivateurs
Exemple : élément de réponse TRE , Lorsque l’hormone thyroïdienne n’est pas présente, l’hétéro dimère 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
2- Cette fixation induit une trans conformation 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
f) Les co-regulateurs
–
–
–
Vaste famille de protéines
« Intermédiaires » entre le RN et la machinerie de transcription
2 catégories : co-activateurs et co-represseurs
–
Rôles connus dans de nombreuses fonctions :
reproduction
développement
métabolisme
Les co-recepteurs : en l'absence de ligand :
–
les plus documentés : N-coR et SMRT
–
Contact direct ou indirect avec des
histones déacétylases ( HDAC)
→ inhibition de la transcription
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Les co-activateurs : après fixation du ligand :
Fonction très variées :
–
Histone Acétyltransférases
–
Remodelage de la chromatine
–
Histone Méthyl-transférase
–
Association aux facteurs de transcription
généraux...
→ activation de la transcription
BILAN :
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III- Un exemple de pathologie liée a un récepteur nucléaire : Le syndrome de résistance aux
hormones thyroïdiennes : RHT
Définition : C'est une diminution de la réponse fonctionnelle des tissus cibles à une stimulation hormonale
physiologique
Principales caractéristiques :
– T3/T4 élevées
– TSH normales , ce qui est inapproprié
– absence de symptômes en corrélation avec T3 élevée
– goître
Causes habituelles de consultations ( assez peu spécifiques ) :
Goître , déficit d'attention/hyperactivité , tachycardie , retard de croissance , difficulté d'apprentissage ,
dépistage
Signes périphériques variables et dissociés , non spécifiques
Évolution : variable dans le temps et suivant les sujets
Pathologie rare ( 1967 S.Refetoff)
Familiale ( 85%)
Transmission autosomique dominant dans a peu prés 99% des cas ( sauf dans un cas = récessif)
En 1987 : association a des mutations du gènes c-erbA β codant le récepteur aux hormones thyroïdiennes de
type β ( THR-BETA)
Actuellement , environ 1000 cas décrits , appartenant à 380 familles
Fréquence ? ( une étude limitée : 1/40 000 naissances : LaFranchi et al, The journal of Pediatrics 2003;143:296-301)
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Sites des mutations :
Toutes les mutations sont situes dans le domaine
E/F
Reparties en 3 « clusters » séparés par des régions
sans mutations correspondant aux régions
impliquées dans la dimérisation
Altérations fonctionnelles de TR- β liées à la présence de mutations
– diminution de liaison de l'hormone
– conservation liaison a l'ADN et dimérisation
– diminution de l'activité transcriptionnelle avec ou sans diminution de l'affinité pour T3
– effet dominant négatif ( les patients sont hétérozygotes ) = la présence de TRB muté empêche la
fonction du TRB normal (WT)
Effet dominant négatif
Pour qu'un récepteur muté soit dominant négatif :
– conservation de la liaison à l'ADN
– conservation de l'homo ou hétérodimmerisation
Si pas d'effet dominant négatif : phénotype atténue
Il existe un cas de délétion complète de TRBeta ( exons 5 a 10 ) : la transmission est récessive , les
hétérozygotes sont normaux , le seul individu homozygote présente des signes modérés.
Ceci peut expliquer pourquoi on ne voit pas de mutations ailleurs que dans les régions « hot-spot » : elles
seraient silencieuses
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15% de cas bien étudies ne présentent pas de mutation de TRbéta
Première mutation dans TRalpha identifiée (Bacgukova et al N Engl J med dec 2011)
(Depuis : Moran et al ., JCEM 2013 ; Espiard et al , JCEM 2015 WES → Tylki-Szymariaka A and al. ? J Med Genet)
Des mutations ont été recherchées dans de nombreux autres gènes ( co-regulateurs , transporteurs , etc...) mais
aucune identifiée.
Pourtant des souris possédant un SRC-1 muté sont résistantes aux HT
C- L’interférence ARN
Un autre mode de régulation est l’interférence ARN
Les micro ARNs ( miRNA)
Les premiers micro ARN qui ont été découverts sont impliqués dans la régulation de la chronologie du
développement de l'embryon chez C .elegans ( vers 1995)
Criblage des gènes impliqués dans le développement ( analyse du comportement de mutants) : le gène « lin-4 »
régule NEGATIVEMENT l'expression du 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
6 ans plus tard , sur le même modèle biologique , on découvre « let-7 » , dont la séquence semble conservée
dans le règne animal
Lin-4 et Let-7 sont les membres fondateurs de la superfamille des micro ARNs
–
Transcription par une polymérase II
–
Le transcrit primaire ( pri-) se replie sous forme d'une
épingle a cheveux , clivé par une Rnase type III
( drosha ) en présence de DGCRB pour donner le
précurseur ( pre-) d'environ 70pb
–
Transporté dans le cytoplasme et clivé a nouveau par le
complexe DICER qui produit finalement le miRNA
mature d'environ 22pb , complexé avec RISC , il
reconnaît la partie 3'UTR de son ARNm cible et
réprime sa transcription
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Chez l'homme ( 575 miRNA décrits a ce jour ) , leurs fonctions restent à définir mais plusieurs jouent un rôle
dans certains cancers ( oncogènes ou anti-oncogènes)
40% des miRNAs se situent dans des introns
Plusieurs miRNA peuvent réguler le même gène et un miRNA peut réguler plusieurs gènes ( notion de réseau ,
de spécificité large)
Environ un tiers des gènes humains pourraient être ( partiellement au moins ) régulés par des miRNA
L'expression des miRNA est elle même régulée...( en particulier par des récepteurs nucléaires )
D- Projet encode
The ENCODE Project : ENCyclopedia Of DNA Elements
Grâce a des méthodologie nouvelles ( « tiling microarrays » ) , on peut étudier l'ensemble de tous les ARNs
synthétises dans une cellule. Moins de 2% de ces ARNs correspondent à des séquences exoniques !
Moment dédicace ( yen a pas assez alors elle sera longue voilà !:P)
Tout d'abord dédicace à mon duo de chant ( un jour ça sera nous a NOPLP sisi :3 ) , même si t'as pas la tête de
quelqu'un qui peut réussir médecine tu l'as fait et je suis très contente sinon cette année ne serait pas aussi
geniiiiiiaaaaaaale !!:D
Dédicace aussi à l'homme qui ne daigne se lever pour nous accompagner en cours et qui va sûrement péter un
câble un jour a force de rester avec nous mais c'est parce qu'on t'aime fort c'est pour ça <3
A Florian G , mon binôme de TP d'anat , sûrement le meilleur dessinateur que je connaisse , sans qui ces TP
ne seraient pas pareils ! :)
Et à tous mes petits PSYCAR bande de grands fous que vous êtes keur keur keur !!
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