Chapitre 11
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Chapitre 11 La régulation de l’expression des gènes chez les bactéries et leurs virus Une représentation du complexe répresseur lac-ADN, telle qu’elle a été déterminée par crystallographie aux rayons X Régulation de l’activité des gènes Procaryote Eucaryote Phénomène de différentiation Les concentrations de protéines peuvent être régulées par des mécanismes qui opèrent lors de la transcription ou de la traduction. La régulation des gènes chez les procaryotes La régulation de la transcription peut être placée sous contrôle négatif ou positif. Sous contrôle négatif, l’expression génique aura lieu sauf si elle est inhibée par une molécule régulatrice (répresseur). À l’opposé, sous contrôle positif, la transcription à lieu seulement si une molécule régulatrice (activateur) stimule directement la production d’ARNm. Effecteurs allostériques Les activateurs et les répresseurs agissent comme des commutateurs génétiques. Ces protéines possèdent deux sites importants: un domaine de liaison à l’ADN et un site allostérique. Le site allostérique interagit avec de petites molécules appelées effecteurs allostériques, modifiant ainsi la capacité des activateurs et répresseurs à se lier à l’ADN. L’exemple du métabolisme du lactose Un minimum de deux enzymes est nécessaire au métabolisme du lactose: 1- Une β-galactosidase: Scinde le lactose en deux molécules distinctes de galactose et de glucose. 2- Une perméase: Nécessaire au transport du lactose à l’intérieur de la cellule. Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes Opéron: Un groupe de gènes de structure adjacents dont l’ARNm est synthétisé en un seul morceau (ARNm polycistronique), avec les signaux régulateurs adjacents qui affectent la transcription de ces gènes de structure. Régulation de l’opéron lac chez les procaryotes Le contrôle négatif du système inductible lac Répresseur actif ADN Promoteur Opérateur Inducteur (lactose) ADN Promoteur Opérateur Transcription inactive Complexe répresseur-inducteur inactif Transcription active L’inactivation du répresseur pour des systèmes comme le lac se nomme induction. Les dérivés du lactose qui inactivent le répresseur et provoquent l’expression des gènes lac se nomment inducteurs. Le système lac représente un exemple de contrôle négatif puisqu’il repose sur l’inactivation du répresseur. L’allostérie Inducteur Répresseur Opérateur Des protéines sont dites allostériques lorsqu’elles peuvent modifier leurs conformations et ainsi leurs sites de liaison. Exemples de protéines allostériques: activateurs, répresseurs, etc. La dominance en cis et en trans Certaines mutations peuvent exercer leur action sur d’autres gènes adjacents dans l’opéron, un effet connu sous le nom de dominance en cis. La dominance en cis implique l’interaction physique d’un élément, avec des gènes directement en contact avec lui. Par opposition, la dominance en trans implique l’action d’un produit diffusible. Exemple de dominance en trans Exemple de dominance en cis Le contrôle des gènes de l’opéron lac Le contrôle des gènes de l’opéron lac - IS: La mutation IS élimine la réponse à l’inducteur en modifiant le site stéréospécifique de fixation de l’inducteur. Ainsi, même en présence du lactose, cette mutation empêche la transcription des gènes Z et Y. IS est dominant sur I- et I+. Importance des séquences conservées du promoteur Les séquences entourées d’une boîte rectangulaire présentes aux environs des positions -35 et -10 sont très bien conservées dans tous les promoteurs d’E. coli et servent de site d’initiation de la transcription (endroit où l’ARN polymérase vient se lier pour initier le processus de transcription). La répression catabolique de l’opéron lac par le glucose: un contrôle positif Un système supplémentaire de contrôle s’ajoute au système répresseur-opérateur. Ce système existe car les cellules possèdent des enzymes spécifiques qui favorisent l’absorption du glucose et son métabolisme. Si le lactose et le glucose sont présents simultanément, la synthèse de la β-galactosidase n’est pas induite tant que le glucose n’a pas été épuisé. Ainsi, la cellule économise sa machinerie métabolique. La présence du glucose empêche ainsi l’induction de l’opéron lac par le lactose; c’est pourquoi cet effet fut appelé répression catabolique. Néanmoins, il s’agit d’un contrôle positif car la présence de CAP est requise pour induire la transcription. La liaison de la protéine CAP Sites de liaison à l’ADN présentant une simétrie binaire: La liaision du complexe CAP-AMPc courbe l’ADN, ce qui pourrait favoriser la liaison de l’ARN polymérase: Contrôles négatif et positif de l’opéron lac a) La production d’ARNm est réprimée b) Très faible production d’ARNm c) Grande production d’ARNm Un double contrôle positif et négatif: l’opéron arabinose Une fois liée à l’arabinose, la protéine AraC (activateur) se lie au site araI et active la transcription de l’opéron arabinose. I’opéron arabinose De plus, le système de répression catabolique CAP-AMPc s’ajoute à ce système de contrôle. En présence d’arabinose, le complexe CAP-AMPc et le complexe AraC-arabinose doivent se fixer à araI pour que l’ARN polymérase se fixe au promoteur et active la transcription. En absence d’arabinose, le protéine AraC adopte une conformation différente et réprime l’opéron arabinose en se fixant à la fois à araI et à un second site distant, araO, formant ainsi une boucle qui empêche la transcription.
