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Denise Aragnol
Instabilité du génome et cancérogenèse
CNRS/Université de la Méditerranée
CONTRÔLE
DE
L’EXPRESSION DES GENES
Chez les eucaryotes
DEFINITION D’EXPRESSION GENIQUE
Expression génique : recouvre l’ensemble des mécanismes qui
conduisent à l’apparition d’un produit fonctionnel d’un gène
Produit fonctionnel:
-Une protéine transcription + traduction
-Un ARN
 transcription
LES DIFFERENTS TYPES D’ARN
traduction
TOUTES LES
ETAPES DE
L’EXPRESSION
GENIQUE SONT
REGULEES
nucleus
RNA localisation
cytoplasm
a more accurate outline of the events involved in
genome expression, especially in higher organisms.
Note that these schemes apply only to protein-coding
genes. Those genes that give rise to non-coding RNAs
are transcribed and processed as shown but the RNAs
are not translated.
Protein localisation
UN EXEMPLE D’ARNm LOCALISE
Movement of RNA-containing granules in dendrites of cultured neurons. a–k |
Time-lapse images, taken 20 s apart, of an anterograde-moving granule (arrow). The
granule is detected by visualization of fluorescent SYTO-14, which binds to RNA. The
granule moves more than 5 m, with an average velocity of 0.04 m s-1. This
movement was stimulated by depolarization
IMPORTANCE DES INTERACTIONS MOLECULAIRES
nucleus
TOUTES LES
ETAPES DE
L’EXPRESSION
GENIQUE SONT
REGULEES
RNA localisation
cytoplasm
Protein localisation
UN SYNOPSIS DE LA TRANSCRIPTION
LES PROMOTEURS EUCARYOTES SONT
COMPLEXES
EXEMPLE DE PROMOTEUR RECONNU PAR L’ARN POL II
-TATAbox (-25) TATAWAW avec W=A ou T
-Inr YYA(+1)NWYY avec Y=C ou T
L’ORGANISATION DES PROMOTEURS EUCARYOTE
EST DIFFERENTE D’UN GENE A UN AUTRE
Eukaryotic promoters consist of
a collection of conserved short
sequence elements located at
relatively diverse distances from
the transcription start site.
Alternative orientations for GC and CAAT box elements are indicated by chevron orientation: > =
normal orientation; < = reverse orientation. The glucocorticoid receptor gene is unusual in
possessing 13 upstream GC boxes (10 in the normal orientation; three in the reverse orientation).
LES ARN POLYMERASES EUCARYOTES
-3 ARNpol différentes: ARN pol I, ARN Pol II, ARN Pol III compositions et
fonctions différentes, structures similaires
-multimériques (8 à 12 s. u.); >500kDa; L’ARNpol II eucaryote est constituée de
plus de 10 sous-unités
Functions of the three eukaryotic nuclear RNA polymerases
Polymerase
Genes transcribed
____________________________________________________
RNA polymerase I (nucléole)
RNA polymerase II
RNA polymerase III
28S, 5.8S and 18S
ribosomal RNA (rRNA) genes
Protein-coding genes; most
small nuclear RNA (snRNA)
genes
Genes for transfer RNAs
(tRNA), 5S rRNA, U6-snRNA,
small nucleolar (sno) RNAs,
small cytoplasmic (sc) RNA
STRUCTURE DE L’ARN pol II (2001)
Structure cristallographique
de l ’ARN polymérase II.
A. Enzyme libre à une
résolution de 2,8 Å.L ’enzyme
contient un sillon (Rpb1)bordé
à son entrée par une paire de
mâchoires, supérieure (partie
de Rpb1 et Rpb9) et inférieure
(Rbp5), et au fond duquel se
trouvent deux ions Mg 2+ qui
indiquent l ’emplacement du
site actif. Près du site actif,
l’hélice de pontage (Rpb1)
traverse le sillon pour rejoindre
Rpb2. Le pore localisé à l
’arrière de l ’enzyme
permettrait l’entrée des rNTP et
la sortie de l ’extrémité 3 ’ libre
(Protein Data Bank Accession
Code :1i50).
B.Enzyme en élongation à
une résolution de 3,3 Å.La
pince formée de parties de
Rbp1 et Rbp2 effectue une
rotation de 30 ° qui maintient
la matrice d ’ADN et le
transcrit au sein du complexe
transcriptionnel. L
’extrapolation du trajet
probable des acides
nucléiques au sein de l
’enzyme montre que l ’ADN
double brin situé en aval fait
contact avec la mâchoire
inférieure puis passe entre le
lobe de Rbp2 et une partie de
la pince formée par
Rbp1.Des flèches indiquent
les sites d ’entrée et de sortie
de l ’ADN (Protein Data Bank
Accession Code :1i6H).
Violet :mâchoire
supérieure;rose :mâchoire
inférieure;jaune :lobe;vert
foncé :sillon;blanc :hélice de
pontage;orange :site actif;vert
pâle : pore;bleu :mur;rouge
:pince;bleu pâle :ions Mg
2+(Protein Data Bank
Accession Code :1i50).Bleu
:brin matrice;vert :brin
codant;rose :ARN. Le code
de couleur des domaines de l
’enzyme est le même qu ’en
(A)
LES CARACTERISTIQUES DU DOMAINE C-TER de
l’ARN pol II
La RNA pol II possède un domaine C terminal particulier, constitué de répétitions d’un
heptapeptide (tyr-ser-pro-thr-ser-pro-ser) qui peut présenter différents niveaux de
phosphorylation
LES FACTEURS GENERAUX
PIC: préinitiation
complex
LES FACTEURS EN AMONT
DEBUT DE L’ELONGATION
5’
3’
CAAT TATA
ATAT TAAC
3’
5’
5’
5’
CAAT TATA
3’
ATAT TAAC
3’
5’
5’
ELONGATION ET MATURATION SONT COUPLEES
ADDITION DE LA COIFFE
The C-Terminal Domain (CTD) of RNA Polymerase II Coordinates Transcription and PremRNA ProcessingThe CTD consists of 52 repeats of the consensus heptapeptide Tyr-SerPro-Thr-Ser-Pro-Ser and serves as a platform for the ordered assembly of the factors
responsible for transcription, pre-mRNA 5′ capping, splicing, and 3′ processing at different
stages in the synthesis of the nascent transcript.
L’EXCISION
EPISSAGE DES
INTRONS
Structure of U1-snRNP. The mammalian
U1-snRNP comprises the 165-nucleotide
U1-RNA plus ten proteins. Three of these
(U1-70K, U1-A and U1-C) are specific to
this snRNP, the other seven are Sm
proteins that are found in all the snRNPs
involved in splicing. The U1-RNA forms a
base-paired structure as shown. The U170K and U1-A proteins attach to two of the
major stem-loops of this base-paired
structure, and U1-C attaches via a proteinprotein interaction. The Sm proteins attach
to the Sm site. Based on Stark et al. (2001)
FORMATION DE L’EXTREMITE 3’ DE L’ARNm
CPSF: Cleavage &polyadenylation
specificity factor
CstF: cleavage stimulation factor
PAP: polyA polymerase
DE NOUVELLES INTERACTIONS AU NIVEAU DU
CTD DE L’ARN pol II
Schematic representation of the
polyadenylation machinery. The majority of
the components of the mammalian and
yeast polyadenylation complexes are
conserved, including all currently known
factors that function in the transcription
connection. For simplicity, only the
mammalian nomenclature is depicted; the
yeast names of factors that have important
roles in the events described here are also
indicated. (Note that although an apparent
human homolog of Ssu72 exists, it has not
yet been characterized functionally). ,
documented protein–protein interactions
that help link transcription and 3'
processing (see text). Polyadenylation
signal sequences (upstream AAUAAA, CA
cleavage site consensus, and downstream
G/U-rich region) are boxed. CPSF,
cleavage-polyadenylation specificity factor;
CstF, cleavage stimulation factor; CFI and
CFII, cleavage factors I and II,
respectively; PAP, poly(A) polymerase.
LA TRANSCRIPTION EST REGULEE
cytoplasme
noyau
cytoplasme
noyau
DES FACTEURS DE TRANSCRIPTION SPECIFIQUES
INTERAGISSENT AVEC LA MACHINERIE BASALE
DE TRANSCRIPTION
ACTIVATION TRANSCRIPTIONNELLE PAR UNE
HORMONE
CHROMATINE ET TRANSCRIPTION
LA CHROMATINE
C’est la structure macromoléculaire ADN-protéine présente dans le noyau des cellules
eucaryotes
Le nucléosome
147 pb d’ADN sont enroulés
autour de l’octamere d’histone,
formant deux tours
LA CHROMATINE CONSTITUE UN CONTEXTE
TRANSCRIPTIONNEL REPRESSIF
LE CODE HISTONE
Histone Modifications on the Nucleosome Core Particle
The nucleosome core particle showing 6 of the 8 core histone N-terminal tail domains and 2 C-terminal tails. Sites of posttranslational modification are indicated by colored
symbols that are defined in the key (lower left); acK, acetyl lysine; meR, methyl arginine; meK, methyl lysine; PS, phosphoryl serine; and uK, ubiquitinated lysine. Residue
numbers are shown for each modification. Note that H3 lysine 9 can be either acetylated or methylated. The C-terminal tail domains of one H2A molecule and one H2B
molecule are shown (dashed lines) with sites of ubiquitination at H2A lysine 119 (most common in mammals) and H2B lysine 123 (most common in yeast). Modifications are
shown on only one of the two copies of histones H3 and H4 and only one tail is shown for H2A and H2B. Sites marked by green arrows are susceptible to cutting by trypsin in
intact nucleosomes. Note that the cartoon is a compendium of data from various organisms, some of which may lack particular modifications (e.g., there is no H3meK9 in S.
cerevisiae). Adapted from Spotswood and Turner (2002 ).
L’EPIGENETIQUE