Un opéron est une unité régulée d`expression des gènes dans

LA REGULATION DE
L’EXPRESSION DES GENES
Année universitaire 2010/2011
DR. OULDJAOUI AHMED
INTRODUCTION
L’expression génétique désigne
le processus biochimique par lequel
l'information héréditaire stockée dans
un gène est lue pour aboutir à la
fabrication de molécules qui auront
un rôle actif dans le fonctionnement
cellulaire, comme les protéines ou les
ARN.
NOTION D’OPÉRON
QU’EST-CE QU’UN OPÉRON ?
● Un opéron est une unité régulée d’expression des
gènes dans laquelle on trouve un ensemble de gènes
structuraux, sous le contrôle d’un système régulateur unique.
● Les gènes structuraux sont transcrits à partir d'une
région "opérateur - promoteur" commune, sous la forme
d'un ARN messager unique, appelé ARNm polycistronique,
qui sera traduit en protéines différentes (apparentées).
● Cet opéron est contrôlé par une protéine de
régulation (répresseur ou activateur) codée par un gène de
régulation spécifique.
Chez les procaryotes
● Opérons inductibles, signifie
que l’expression des gènes est
contrôlée par le substrat de la voie
métabolique.
● Opérons répressibles, signifie
que l’expression des gènes est
contrôlée par le produit final de la
voie de biosynthèse.
Chez les procaryotes
Induction
« Opéron Lactose »
Synthèse des enzymes nécessaires au
métabolisme du lactose
Répression
« Opéron Tryptophane »
Synthèse des enzymes impliquées
dans la biosynthèse du tryptophane
Structure de l’opéron « lac »
●L'opéron lactose d'Escherichia coli a une
longueur de 6 237 pb.
Il est constitué des éléments suivants :
●3 gènes structuraux : lacZ, lacY et lacA.
Des éléments régulateurs, promoteur P et
opérateur O, agissant en cis.
●1 gène régulateur, lacI, possédant son propre
promoteur et localisé en amont de l’opéron lac.
Structure de l’opéron « lac »
3 gènes structuraux :
■ lacZ: la β-galactosidase: hydrolyse
le lactose en ses sucres constitutifs.
■ lacY: la lactose perméase: transport
du lactose à l’intérieur de la cellule.
■ lacA: la transacétylase: hydrolyse
du lactose
1 gène régulateur:
■ lacI: la protéine répresseur lac.
STRUCTURE DU LACTOSE
Liaison β-galactosidique.
galactose
β-galactosidase
glucose
lactose
ALLOLACTOSE EST L'INDUCTEUR
La β-galactoside transacétylase, enzyme de masse moléculaire
60 kDa transformant le lactose β,1-4 en allolactose β,1-6 par
transglycosylation
lactose β,1-4
allolactose β,1-6
l'organisation de l'opéron lactose.
Synthèse du répresseur.
Régulation négative de la transcription.
Levée de l'inhibition de la transcription.
Répression catabolique, régulation positive.
Contrôle de l’opéron Arabinose
Organisation de l’opéron Trp d’E. coli
Opéron « trp »
● Milieu riche en
tryptophane :
- fixation du tryptophane
sur le répresseur.
- fixation du répresseur sur
l’opérateur.
- transcription bloquée.
● Milieu pauvre en
tryptophane :
- absence de l’inducteur
(tryptophane).
- le répresseur ne se fixe pas
sur l’opérateur.
- transcription aura lieu.
Le produit final de la transcription de l’opéron
« trp » est l’acide aminé tryptophane est un
corépresseur.
MECANISME D’ATTÉNUATION
➢L'atténuation
est
une
terminaison prématurée de la
transcription.
➢L'atténuation est provoquée
par un terminateur facultatif qui est
situé au début de l'unité de
transcription de l'opéron et que l'on
appelle Atténuateur.
Opéron « trp »
Opéron « trp » L’atténuation
● L’atténuation repose sur le fait que
transcription et traduction sont simultanées
chez les bactéries.
● C’est la position du ribosome en cours de
traduction qui va déterminer la suite des
évènements:
Atténuation et arrêt de la transcription
Poursuite de la transcription.
Opéron « trp » L’atténuation
● L'atténuateur de l'opéron tryptophane est
une séquence nucléotidique ARN de 162 bases,
située à l'extrémité 5' de l'ARNm polycistronique.
Cette séquence est donc synthétisée à partir du
promoteur de l'opéron trp avant la séquence
codante du gène trpE.
● Elle comprend une séquence codante,
comprise entre les nucléotides 27 à 68 (codon
d'initiation AUG à codon stop UGA) permettant la
synthèse d'un peptide de 14 acides aminés de
longueur : dont deux codons tryptophane (en
positions 10 et 11, c'est-à-dire quasiment à la fin de
la séquence codante).
Opéron « trp » L’atténuation
ARNm LEADER TRP
5’
peptide
leader
séquence 1
séquence 2
séquence 3
séquence 4
séquence de pause
séquence trpE
4 séquences nucléotidiques (notées 1, 2, 3 et 4) sont des séquences palindromiques qui
peuvent conduire à la formation de structures ARN « en épingles à cheveux » .
Opéron « trp » L’atténuation
■ Le ribosome pourra avoir deux
positions sur l’ARNm et selon ces
positions, il pourra y avoir formation de
deux types de structures en épingle à
cheveux différentes:
position A: formation d’une boucle 2/3
boucle d’antiterminaison.
position B: formation d’une boucle 3/4
boucle de terminaison.
Opéron « trp » L’atténuation
En absence de TRP:
-freinage par absence d’ARNt-TRP
-épingle à cheveux 2/3
-il y a synthèse de l’ARNm
En présence de [trp] moyenne:
- pas de freinage
-épingle à cheveux 3/4
-terminaison de la transcription
Opéron « trp » L’atténuation
Chez les eucaryotes
5 niveaux de régulation:
■ Chromatinien.
■ Transcriptionnel.
■ Post transcriptionnel.
■ Traductionnel.
■ Post traductionnel.
Chez les eucaryotes
■ Niveau chromatinien:
■ Niveau post transcriptionnel:
Acétylation des histones.
Epissage alternatif.
Méthylation des cytosines.
Durée de vie de l’ARNm.
■ Niveau transcriptionnel:
L’édition.
■ Niveau traductionnel:
Choix du promoteur.
Facteurs transcriptionnnnnels.
Protéine activatrice
ou répressive.
■ Niveau post traductionnel:
Modifications covalentes.
Coupures.
Merci pour votre
attention