LA REGULATION DE LEXPRESSION DES GENES CHEZ LES

LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES GENES CHEZ LES PROCARYOTES Pourquoi il y a une régulation de l’expression des gènes? Chez les procaryotes, le contrôle de l’expression des gènes permet essentiellement à la cellule d’ajuster des synthèses en fonction des besoins nutritionnels, face à un environnement changeant, de façon à assurer la croissance et division cellulaire.

Quelques définitions ● Un opéron est une unité 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).

Facteur de transcription: protéine de régulation transcriptionnelle. Répresseur : protéine qui inhibe la transcription et empêche l’expression d’un gène. Opérateur : site cible de la protéine répresseur (souvent proche du site d’initiation de la transcription), ainsi il contrôle la liaison de l’ARN polymérase au promoteur.

LA REGULATION DE L’EXPRESSION DES GENES 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. Induction « Opéron Lactose » Synthèse des enzymes nécessaires au métabolisme (catabolisme) du lactose Répression « Opéron Tryptophane » Synthèse des enzymes impliquées dans la biosynthèse (anabolisme) du tryptophane

Exemple d’Opéron Inductible: L’Opéron Lactose 3 gènes structuraux : ■ lac. Z: la β-galactosidase: hydrolyse le lactose en ses sucres constitutifs. ■ lac. Y: la lactose perméase: transport du lactose à l’intérieur de la cellule. ■ lac. A: la transacétylase: Son rôle n’est pas bien connu. Elle acétyle les β-galactosides non métabolisables qui peuvent alors être éliminés hors de la cellule par diffusion à travers la membrane plasmique. 1 gène régulateur: ■ lac. I: la protéine répresseur.

Fonctionnement de l’opéron lactose Comme dit précédemment le produit du gène Lac I est le répresseur. Le répresseur est produit sous la forme d’un tétramère qui est actif et lie l’opérateur avec une grande affinité. En absence de lactose, le gène Lac I est exprimé et entraîne la formation du tétramère qui se fixe sur l’opérateur. Cette fixation entraîne une incapacité de l’ADN-polymérase à transcrire le gène dont le promoteur se situe avant l’opérateur.

En présence de lactose, le gène Lac I est également exprimé mais cette foisci chaque monomère du tétramère fixe l’allolactose qui est le métabolite du lactose au sein d’E-Coli. Cette fixation entraîne la modification de la structure du répresseur qui ne peut plus se fixer sur l’opérateur permettant la transcription des gènes de l’opéron. De cette manière le lactose est l’inducteur physiologique.

Exemple d’Opéron Répressible: L’Opéron Tryptophane

Contexte biologique: v Le tryptophane est un acide aminé. Nécessaire à la synthèse des protéines. Peu fréquent dans les protéines. v Régulation à différents niveaux: Activation/répression de la transcription. Atténuation de la transcription.

OPERON trp: Définition et structure v L’opéron trp code pour les enzymes requises pour la synthèse du tryptophane (trp. A et trp. E) v La synthèse de l’ARNm de l’opéron est contrôlée par un répresseur qui bloque la transcription lorsqu’il est lié par le tryptophane (co-répresseur)

● Milieu riche en tryptophane : - fixation du tryptophane sur le répresseur. - fixation du répresseur sur l’opérateur. - transcription bloquée. ● Milieu pauvre en tryptophane : - absence de Trp - 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.

Pour les voies anaboliques on prendra comme exemple l’opéron tryptophane (acide aminé essentiel) qui est un exemple de gène répressible. Dans l’opéron on visualise différents gènes : Trp A, Trp B, Trp C, Trp D et Trp E qui sont des gènes de structure qui permettent de transformer le chorismate en tryptophane) ; ainsi que les éléments de contrôle et le répresseur. En absence de tryptophane, le répresseur ne se lie pas à l’opérateur ce qui entraîne la transcription des gènes de structure de l’opéron. En présence de tryptophane, le répresseur se lie au tryptophane et devient ainsi « actif » , pouvant se lier à l’opérateur, ce qui entraîne l’inhibition de la transcription des gènes de structure de l’opéron. Le tryptophane est ici un co-répresseur.