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La régulation des gènes et un peu plus

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La régulation des gènes et un peu plus. Maude Pupin. Chez les bactéries. Quelques rappels L’opéron lactose chez E.coli L’opéron tryptophane chez E.coli. Description des bactéries. Individus unicellulaires Génome simple Milieu extérieur très variable Besoin de s’adapter rapidement

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Presentation Transcript
chez les bact ries

Chez les bactéries

Quelques rappels

L’opéron lactose chez E.coli

L’opéron tryptophane chez E.coli

description des bact ries
Description des bactéries
  • Individus unicellulaires
  • Génome simple
  • Milieu extérieur très variable
    • Besoin de s’adapter rapidement
    • Alternance de croissance rapide et ralentie
  • Régulation des gènes pour
    • Exploiter au mieux les molécules disponibles
    • Synthétiser les molécules manquantes
    • Economiser ses ressources
synth se des prot ines
Synthèse des protéines
  • Transcription
  • Traduction
  • Dégradation ARNm
  • Activation protéine
  • Dégradation protéine

1

3

2

4

5

structure d un op ron simple

Opérateur

Terminateur

+1

CDS

CDS

CDS

Promoteur

RBS

RBS

RBS

ADN

Transcription

ARNm

Traduction

protéines

Structure d’un opéron simple
  • Opérateur : contrôle de la transcription
  • Promoteur : fixation de l’ARN polymérase
  • +1 : début de la transcription
  • RBS : fixation du ribosome
  • CDS : séquence codant pour une protéine
  • Terminateur : fin de la transcription
chez les bact ries6

Chez les bactéries

Quelques rappels

L’opéron lactose chez E.coli

L’opéron tryptophane chez E.coli

contexte biologique
Contexte biologique
  • Besoin d’un sucre dans le milieu de culture
  • Répression catabolique
    • Le glucose est le sucre consommé en priorité
    • Blocage des autres voies cataboliques des sucres par l’intermédiaire du 2nd messager AMPc
    •  glucose   AMPc
  • Observations phénotypiques :

+ glucose : croissance de la colonie

+ lactose : pause puis croissance

+ glucose et lactose : d’abord consommation du glucose puis consommation du lactose

structure de l op ron lactose
Structure de l’opéron lactose
  • Gènes de l’opéron :
    • β-galactosidase (lacZ) : lactose glucose + galactose
    • Perméase (lacY) : entrée du lactose dans la cellule
    • Acétylase (lacA)
  • Opérateur :
    • Site de fixation du répresseur LacI (gène situé juste en amont de l’opéron)
    • Site de fixation de l’activateur CAP (Catabolite gene Activator Protein)
fonctionnement de l op ron lactose sans glucose

Plac

Plac

lacI

lacI

lacZ

lacZ

lacY

lacY

lacA

lacA

Fonctionnement de l’opéron lactose, sans glucose

Sans lactose : répression

Avec lactose : dérépression (lactose = inducteur)

fonctionnement de l op ron lactose avec glucose

Plac

lacI

lacZ

lacY

lacA

Fonctionnement de l’opéron lactose, avec glucose

Consommation du glucose : activation par AMPc

Avec glucose : répression catabolique

r capitulatif
Récapitulatif
  • Induction par le métabolite initial
  • Régulation négative
    • LacI : répresseur
    • lactose : inducteur
  • Régulation positive
    • CAP : apo-activateur
    • AMPc : co-activateur
chez les bact ries12

Chez les bactéries

Quelques rappels

L’opéron lactose chez E.coli

L’opéron tryptophane chez E.coli

contexte biologique13
Contexte biologique
  • Le tryptophane est un acide aminé
    • Produit à partir de l’acide chorismique
    • Nécessaire à la synthèse des protéines
    • Peu fréquent dans les protéines
    • Besoin d’une régulation fine
  • Régulation à différents niveaux
    • Activation/répresion de la transcription
    • Atténuation de la transcription
    • Inhibition du produit final (feedbak négatif)
fonctionnement de l op ron tryptophane

trpR

trpE

trpD

trpC

trpB

trpA

trpL

E1

E2

E3

tryptophane

Fonctionnement de l’opéron tryptophane

Atténuation

acide chorismique

fonctionnement de l att nuation

terminateur

trpL

trpE

1

2

3

4

4

tggtgg

1

3

1

2

trp  progression ribosome  terminaison transcription

Fonctionnement de l’atténuation

pas trp  blocage ribosome  pas terminaison transcription

r capitulatif16
Récapitulatif
  • Répression par le métabolite terminal
    • TrpR : apo-répresseur
    • Tryptophane : co-répresseur
  • Atténuation
    • Diminution de la transcription par arrêt prématuré
    • Action de la traduction sur la transcription
  • « Feedback » négatif (action rapide)
    • Inhibition de l’enzyme 1 par le tryptophane
  • Autorégulation négative
    • TrpR bloque sa propre transcription en absence de trp
chez les eucaryotes

Chez les eucaryotes

Quelques rappels

Voie transduction par l ’AMPc chez S. Cerevisiae

description des eucaryotes
Description des eucaryotes
  • Variété de formes
    • Unicellulaires : les levures
    • Pluricellulaires : animaux, végétaux
  • Compartiments cellulaires (ADN dans noyau)
  • Génome complexe
  • Milieu extérieur stable (pluricellulaires)
  • Régulation des gènes pour
    • Différentiation cellulaire
    • Réponse aux sollicitations de l’organisme
diff rents niveaux de contr le de la transcription
Différents niveaux de contrôle de la transcription
  • Accessibilité de l ’ADN
    • Etat plus ou moins condensé de l ’ADN
    • Bloque la fixation de la machinerie de transcription
  • Méthylation de la cytosine (paires CG)
    • Bloque la transcription
    • Transmission aux cellules filles
    • Change selon le type cellulaire
  • Eléments cis- et trans- régulateurs
    • cis-régulateur : motifs présents sur l ’ADN
    • trans-régulateurs : facteurs de transcription se fixant sur les éléments cis-régulateurs.
grande diversit des l ments cis r gulateurs
Grande diversité des éléments cis-régulateurs
  • Diversité de forme ?????????????????
    • Taille : 6 - 15 nucléotides
    • Structure : un ou deux (dyade) mots reconnus
    • Conservation : motif inexact
  • Diversité de position
    • En amont du gène(plus ou moins grande distance)
    • Dans la séquence codante
    • Dans les introns (ADN non présent dans l’ARNm final)
  • Diversité d’action
    • Reconnu par un facteur de transcription
    • Reconnu par des agonistes ou antagonistes
transduction du signal
Transduction du signal
  • Transmission d’un message extra-cellulaire vers les facteurs de transcription
  • Messages :
    • Hormones
    • Stimuli extérieurs (lumière, chaleur, nutriments, ...)
    • Interactions directes entre cellules
  • Récepteurs
    • Membranaires : pas d’entrée du message, transmission à l’aide d’une suite de réactions
    • Nucléaires : entrée du message, activation du récepteur qui est un facteur de transcription
les principales mol cules impliqu es
Les principales molécules impliquées
  • Enzymes actives / inactives
    • Kinases : ajoutent un Pi à d’autres protéines
    • Phosphatases : enlèvent un Pi à d’autres protéines
  • Seconds messagers
    • Petites molécules (AMPc, Ca2+, ...)
    • Convergence de plusieurs voies de transduction
    • Variation de leur concentration -> variation de la réponse
  • Cas de l ’AMPc
    • Adénylate cyclase : ATP -> AMPc
    • Phosphodiestérase : AMPc -> AMP
chez les eucaryotes23

Chez les eucaryotes

Quelques rappels

Voie transduction par l’AMPc chez S. Cerevisiae

voie de l ampc chez s cerevisiae

sporulation

Ras1,2 + GTP

AMPc

Voie de l’AMPc chez S. cerevisiae

Cdc25

Ras1,2+GDP

Ira1,2

Cyr1

ATP

Ime1

Sra1

Pde1,2

Tpk2

r capitulatif26
Récapitulatif
  • Beaucoup de nutriments : croissance
  • Carence en nutriments : sporulation
  • Stimuli -> activation d’une protéine
  • Transmission de l’information
    • Activation / inactivation de protéines
  • Synthèse ou dégradation d’AMPc
  • Modulation de l’activité d’un facteur de transcription
conclusion
Conclusion
  • Les cellules sont capables d’intégrer de nombreuses informations.
    • Abondance ou carence d’une molécule
    • Présence simultanée de molécules équivalentes
  • Les régulations passent par diverses molécules
    • Protéines
    • Seconds messagers
    • Métabolites
  • Mise en place de diverses stratégies
    • Régulation positive / négative
  • Succession de réactions pour connecter des voies