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L’EPISSAGE ALTERNATIF DE L’ARN Comment un même gène peut être à l’origine de la synthèse de protéines différentes ? Guy Boudenc Lycée Saint Joseph GAILLAC

La synthèse des protéines nécessite, dans un premier temps, le transfert vers le cytoplasme de l’information génétique située sur la molécule d’ADN. Cette dernière est localisée dans le noyau.

La transcription Sens de lecture ADN : Brin transcrit TAC ACA AGG GAT TGT GGT TTT CTA AGT TCC Brin d’ARN pré-messager La transcription conduit à la synthèse d’un brin d’ARN pré-messager qui va être déplacé dans le cytoplasme

La traduction fait correspondre un acide aminé à chaque codon Sens de lecture ADN : Brin transcrit TAC AUG ACA AGG GAT TGT GGT TTT CTA AGT TCC UCC CUA ACA CCA AAA GAU UCA AGG Brin d’ARN pré-messager Méthionine Lysine Sérine Thréonine Sérine Cystéine Leucine Proline Acide aspartique Arginine La traduction conduit à la synthèse d’une protéine spécifique (séquence d’acides aminés) à partir d’un brin d’ARN contenu dans le cytoplasme.

Depardieu/INSERM Le génome humain compte entre 20 000 et 30 000 gènes. Le protéome correspond à l’ensemble des protéines codées par l’ensemble des gènes. Le protéome humain estimé entre 100 000 et 1 000 de protéines, selon les auteurs.

Le modèle présenté précédemment ne permet pas d’expliquer la différence entre le nombre de gènes ( 25 000) et le nombre de protéines (entre 100 000 et 1 000). En effet ce modèle fait correspondre un fragment d’ADN à un fragment d’ARN et donc à une protéine.

Comment expliquer cette différence entre le nombre de gènes et le nombre de protéines ? Du fait de la complémentarité des bases, le brin d’ARN localisé dans le cytoplasme devrait s’hybrider en totalité avec le brin d’ADN qui a servi de modèle.

P. Chambon, Scientific American - mai 1981 Hybridation ADN/ARN de l’ovalbumine de poule Interprétation L’ARN (en bleu) présent dans le cytoplasme ne s’hybride pas exactement avec le brin d’ADN (en rouge) qui a servi de modèle à la transcription.

Les gènes ne correspondent pas à une séquence continue de nucléotides. L’information contenue sur certaines parties de l’ADN ne se retrouve pas sur l’ARN.

Des parties de l’ARN prémessager sont donc éliminées après la transcription. Exon 1 Exon 2 Intron 1 Exon 3 Intron 2 Exon 4 Intron 3 Exon 5 Intron 4 Les introns sont les parties éliminées et les exons les parties conservées au cours de ces modifications post-transcriptionnelles.

L’ARN pré-messager subit donc des modifications posttranscriptionnelles et se transforme en ARN messager. C’est l’épissage : élimination des introns et jonction des exons.

Mais ce n’est pas encore suffisant pour obtenir plusieurs protéines à partir d’un même gène.

Certaines cellules des follicules thyroïdiens sécrètent deux protéines : la calcitonine et la CGRP (Calcitonine Gene Regulated Peptide). Ces deux protéines sont déterminées par le même gène (Calc-1).

Dans les cellules des follicules thyroïdiens on isole l’ARN pré-messager ainsi que les ARN messagers à l’origine de la synthèse de la calcitonine et de la CGRP.

L’ARN pré-messager résultant de la transcription du gène Calc-1 est constitué de 6 exons et 5 introns Exon 1 I 1 Exon 2 I 2 Exon 3 I 3 Exon 4 I 4 Exon 5 I 5 Exon 6 Il est formé de 5 700 nucléotides.

L’utilisation de sondes spécifiques de chaque intron et exon permet de connaître la constitution des ARN messagers de la calcitonine et de la CGRP. Exon 1 I 1 Exon 2 I 2 Exon 3 I 3 Exon 4 I 4 Exon 5 I 5 Exon 6

Le tableau ci-dessous regroupe les résultats obtenus. ARN pm ARNm Calcitonine ARNm CGRP E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 + + + + - - - - + + + - - - + Présence de la sonde - Absence de la sonde

ARN pm ARNm Calcitonine ARNm CGRP E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 + + + + - - - - + + + - - - L’ARNm de la calcitonine possède les exons 1, 2, 3 et 4. L’ARNm de la CGRP possède les exons 1, 2, 3, 5 et 6.

A partir du même ARN prémessager il y a eu deux ARN messagers différents. ARN prémessager ARN messager Calcitonine ARN messager CGRP Il y a eu un épissage alternatif

Ces deux ARN messagers différents seront à l’origine de deux protéines différentes. Un même gène peut être à l’origine de protéines différentes.

BILAN GENE TRANSCRIPTION ARN pré-messager EPISSAGE ALTERNATIF ARNm 1 ARNm 2 ARNm 3 PROTEINE 2 PROTEINE 3 TRADUCTION PROTEINE 1