UIC I Gntique Cours 4 LEXPRESSION GENIQUE I

UIC I Génétique - Cours 4 L’EXPRESSION GENIQUE

I – L’expression Génique Généralités • Deux processus correlés fonctionnels : la transcription et la traduction • Nécessitent : – un système de transfert de l’information génétique du noyau vers le cytoplasme – un code génétique. REPLICATION Transcription ADN Traduction ARNm PROTEINES

I – L’expression Génique A/ La transcription 1) Le mécanisme – La copie d’un segment limité de la molécule d’ ADN. – transcription se produit sur une seule chaîne de la molécule d’ADN. – La chaîne transcrite a toujours la polarité 3' → 5'. – La chaîne transcrite = matrice pour ARNm (T→A, G→C, C→G, A→U). – La molécule d’ARNm → polarité et séquence nucléotidique identique avec la chaîne d’ADN non transcrite. – La chaîne nontranscrite = la chaîne sens, – la chaîne transcrite = la chaîne antisens.

I – L’expression Génique A/ La transcription 2) La synthèse du transcrit primaire L’initiation de la transcription - dans la région promotrice du gène, par l’attachement des facteurs protéiques de la transcription. FP FP TBP FP ARN-polymérase II TATA ATAT L’INITIATION DE LA TRANSCRIPTION

I – L’expression Génique A/ La transcription 2) La synthèse du transcrit primaire – L’attachement de l’ARN-polymerase II → L’attachement de l’ADN-hélicase → scission des liaisons hydrogène. – La croissance de la chaîne de l’ARNm en direction 5’ → 3’ → la formation des liaisons estériques entre ribose et l’acide phosphorique. – Se copie exons + introns → le transcrit primaire ou préARNm. – La fin de la transcription – site AATAAA (en aval du dernier exon) → l’arrêt 18 -20 pb en aval (zone riche en pb GC)

UNITE TRANSCRIPTIONELLE Exon 1 Intron 1 Exon 2 GT--- --------AG Intron 2 La synthèse de préARNm Exon 3 GT--------AG GENE Promotor TRANSCRIPŢIE Exon 1 Exon 2 GU-----------AG Exon 3 TRANSCRIT PRIMAIRE GU-------AG COUPER AU NIVEAU Découpage des introns GU-----------AG GU -------AG Découpage des introns EPISSAGE ARN MATURE

I – L’expression Génique A/ La transcription 3) Maturation du pre. ARNm – en région 5’ de la molécule est attaché un reste de 7 méthylguanine → résistance à l’action des ribonucléases; – Une ribonucléase sectionne le préARNm a 11 -30 nucleotides en aval du site AAUAAA → l’attachement du poly. A-polymérase → l’attachement de plusieurs nucléotides avec adénine (50 -250) → “queue polyadenylique“ → la stabilisation du préARNm pendant le transport du noyau vers le cytoplasme

I – L’expression Génique A/ La transcription 3) Maturation du préARNm – épissage • Les extrémités des introns sont coupées + élimination des introns → attachement des exons; • Les balises dinucléotidiques des introns: GU et AG sont reconues par les enzymes; • Le découpage enzymatique; • L’exclusion des introns; • L’attachement des séquences exoniques.

UNITE TRANSCRIPTIONELLE Exon 1 Intron 1 Exon 2 GT--- --------AG Intron 2 Exon 3 GT--------AG GENE Promotor TRANSCRIPŢIE Exon 1 Exon 2 GU-----------AG Exon 3 TRANSCRIT PRIMAIRE GU-------AG COUPER AU NIVEAU Découpage des introns GU-----------AG GU -------AG Découpage des introns EPISSAGE ARN MATURE La maturation du pre. ARNm

I – L’expression Génique A/ La traduction 1) L’appareil de la traduction ARNm mature Ribosomes ARN de transfert Proteines Sources energetiques ARNm mature – 2 zones netraduites laterales – 1 region centrale traduite 5’UTR 7 -CH 3 -G―――――― Sequence traduite 3’UTR AUG――――———―UAA―——―――---AAAAA

I – L’expression Génique A/ La traduction 1) L’appareil de la traduction Ribosomes – Complexe macromoléculaire (ARNr + protéines) – Se forme au debut de la translation – Sous-unité petite (30 S) + sous-unité grande (50 S) → le ribosome actif (70 S): • site de fixation pour ARNm; • site aminoacile • site peptidile • site de sortie

I – L’expression Génique A/ La traduction 1) L’appareil de la traduction ARNt – – 40 types, 80 nucléotides, Deux fonctions: • L’attachement spécifique des acides aminés • Le dépistage du codon qui correspond aux acides aminés deux sites fonctionels: aminoacile et anticodon

I – L’expression Génique A/ La traduction 1) L’appareil de la traduction Protéines – – Facteurs régulateurs: • Des facteurs spécifiques pour l’initiation (IF – initiation factor), • Des facteurs d’élongation (EF – elongation factor) • Des facteurs libérateurs (RF – release factor). Enzymes: • aminoacile-ARNt-synthétase, • peptidyle transférase • translocase,

I – L’expression Génique A/ La traduction 1) L’appareil de la traduction Sources énergétiques – L’acide adénosine-triphosphorique (ATP) – L’acide guanosine-triphosphorique (GTP)

I – L’expression Génique A/ La traduction 2) Le Code Génétique • • Un système de correspondance entre une succesion de 3 nucléotides dans la structure d’une molécule d’ARNm et un aminoacide de la structure du peptide synthétisé à la base de l’information génétique de la molécule d’ARNm Caractéristiques: – triplet – sans équivoque – dégénéré – Quelques codons spéciaux: • AUG; • UAA, UAG, UGA – Sans “signes de ponctuation” – Sans superposition – universel

I – L’expression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction L’initiation – – aminoacile-ARNt-synthétase + ATP → l’activation des complexes aminoacile-ARNt; La fixation du complexe méthionyl-ARNt a la petite sousunité du ribosome (40 S); Le mouvement vers l’extremité 3’ de l’ ARNm → codon d’initiation AUG L’attachement de la grande sous-unité du ribosome (60 S) → sites fonctionnels: aminoacile, peptidyl et de sortie

I – L’expression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction L’élongation – – L’attachement sur le site peptidyl, du complexe aminoacide 2 ARNt; Peptidyltransférase → transfère la méthyonine sur l’aminoacide 2 → formation du dipeptide attaché au site peptidyl; Translocase → mouvement du ribosome avec trois nucléotides, en direction 5’→ 3’→: • Dipeptide → site aminoacile; • Site peptidyl libre → fixation de l’aminoacide 3 Répétition du cycle d’élongation

I – L’expression Génique A/ La traduction 2) Les étapes de la Traduction La fin – – site peptidil → codon stop → fixation du facteur de libération Le détachement du complexe peptidil-ARNt → passage au cytoplasme → désassemblage → libération du peptide; Désassemblage du ribosome → 40 S + 60 S Destruction de l’ARNm

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE Information héréditaire se transmet dans la succesion des générations – des cellules et organismes – en deux étapes: Ø la réplication semiconservative = la biosynthèse de nouvelles molécules d’ADN identiques avec la molécule initiale → le doublement de la quantité d’ADN; Ø la division cellulaire = la distribution égale, totale et précise du matériel génétique double.

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE • La réplication de l’ADN • La synthèse des deux molécules d’ADN identiques par la copie d’une molécule d’ADN (parentale) = re(du)plication. • Parce que les deux chaînes de l’ADN parental se séparent et chaque molécule synthétise une chaîne parentale et une chaîne nouvelle – la réplication est semiconservative.

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE A/ Réplication de l’ADN • Le mécanisme de copiage et transmission de l’information génétique a ete presume par Watson et Crick : • Chaque chaîne de l’ADN est utilise comme matrice pour la synthèse d’une nouvelle chaîne: – Les desoxiribonucleotides actives se disposent complémentaire (A-T, G-C), en direction 5’→ 3’, et sont polimerises, en presence de l’ADN polymérase.

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE A/ Réplication de l’ADN • Chez les eucaryotes la réplication: – Est tres complexe – parce que le genome est: • enorme (+ fragmente en chromosomes) • associe avec des proteines, • compacté en fibre de chromatine – Est tres precise: • Pendant la phase S du cycle cellulaire, • rapide (la phase S = 8 heures), • Avec grande fidelite – rarement de erreurs = mutations → maladies.

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE B/ Le Début de la Réplication • Le réplication commence en plusieurs points, bien definis du genome = des origines de la réplication (“ori”), • Elles sont reconnues par les proteines qui commencent la réplication (le complex pre-RC) qui facilitent: – La deroulement de la spirale de l’ADN ← topoisomerases; – La rupture des liasons de hydrogene ← helicases → “des fourches” de réplication; – La maintenance de la separation des chaînes ← les proteines SSB (ou RPA) → qui previennent la refection de la spirale ori Helicaze ori Proteine SSB

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE B/ Le Début de la Réplication v commencant des “origines” la réplication progresse bidirectionnelle = les replicons v la réplication des replicons differents est asynchrone (l’euchromatine – R précoce; heterochromatine → R tardive)

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE C/ L’élongation Elle correspond a la formation du répisome et la synthèse de la chaîne d’ADN en sens 5’→ 3’, par ADN polymérase v ADN polymerase ne peut pas commence la synthèse ci seulement étend la chaîne de l’acide nucleique – ajoutant des désoxyribonucleotides complémentaires a la chaîne matrice v La solution: la synthèse d’une amorce de l’ARN (“primer”) par la primase amorce

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE C/ L’élongation v Les deux chaînes matrices sont copiées Ø Par l’arrangement sequentiel et complémentaire des désoxyribonucloetides actives, Ø en direction 5’→ 3’ Ø Et la polymerisation des désoxyribonucloetides

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE C/ L’élongation v Parce que les chaînes matrices sont antiparalleles, la synthèse des nouvelles chaînes (en direction 5’→ 3’) se produit differemment : Ø Sur la chaîne 3’→ 5’ (“directe” ou “precoce”) la synthèse est continue et rapide (en meme temps avec la formation de la fourche de réplication); Ø Sur l’autre chaîne (5’ → 3’, “indirecte” ou “retardee”) la synthèse est discontinue (en fragments courts = les pieces Okazaki) et lente;

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE D/ La fin de la réplication v La réplication s’arrete quand les fourches des réplication (des deux replicons voisins) se rencontrent ou quand une fourche de réplication rencontre un signal de terminaison (“ter”) v La réplication des bouts de l’ADN (qui forment les telomeres des chromosomes) est incomplete (!!!) Ø L’elimination de la derniere amorse produit au bout 5’ de la chaîne nouvelle une petite region sans réplication

II - TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE PAR LA DIVISION MITOTIQUE v Dans les cellules somatiques, le materiel génétique doublé en interphase, se distribue egalement et totalement aux cellules filles, par MITOSE. v Resulte deux cellules nouvelle („filles”), identiques avec la cellule d’origine („mere”).

III - LE CYCLE CELLULAIRE • L’ensemble de phenomenes par qui une cellule replique le materiaux génétique et transfere ce materiaux cellules filles • CC → interphase (phase G 1, S, G 2) et mitose (phase M) → vois TP • L’evolution des cellules apres la division: – La proliferation: le commencement d’un nouveau cycle cellulaire; – La differenciation cellulaire; – Le repos proliferatif - phase GO

III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose • La mitose assure: – Le croissance de l’organisme (1014 cellules) – Le changement cellulaire – La reparation des lesions tissulaires P M • La mitose → transmission tres fidele de l’information génétique en succesion des generations cellulaires → toutes les cellules somatiques sont génétiquement identiques. Les phases de mitose: A P, PM, M, A, T → cf TP T

III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose Le reglage de la mitose • la distribution corecte du materiaux génétique est verifiee en 3 points de controle: • Transition G 2/M – se decide si la cellule entre en mitose P M → l’activation du complex CDC-cycline B; • des anomalies chromosomiques /appareil mitotique → bloquage en G 2 • Metaphase → se verifie l’alignement parfait du chromosome dans la plaque metaphasique → la deterioration des proteines qui rassemblent les chromatides → la disjonction chromatidienne T • Anaphase → l’inactivation de la cycline B → le fin de la mitose A

III – LE CYCLE CELLULAIRE La mitose • Des erreurs de distribution du materiaux génétique en mitose – – La non-disjonction chromatidienne Le retard anaphasique Le clivage transversal de la centromerei L’absence de la cytokynese des anomalies chromosomiques (cf TP) – Consequences: les cellules viables avec des anomalies chromosomiques produitent une clone anormale → MOSAIQUE CHROMOSOMIQUE – Les effets depend de: – Le moment ontogénétique – en qui se produit l’erreur, – La distribution des clones en differents tissues.

U. M. F IAŞI IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES Deux etapes: A/ La formation des gametes = gamétogenèse B/ La fecondation A/ LA GAMETOGENESE • La formation des gametes par meiose. • La meiose = deux divisions succesives, ne separees par interphase (l’ADN se replique un seul fois), qui generent 4 cellules haploides, differents génétiques • La meiose I – primaire; reductionnelle; • La meiose II – secondaire; equationnelle • Fonctions: • Coupe en deux (n=23) le nombre des chromosomes; • genere diversite / variabilite génétique

IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 1/ La meiose primaire v PROPHASE I v Leptotene v Zygotene: la synapse “gene au gene” des chromosomes homologues; v Pachitene v Diplotene v Diacynese v METAPHASE I le croisement des chromosomes homologues (CO) → l’echange reciproque des fragments egales = la recombinaison genique homologue ou la recombinaison intrachromosomique → source de variabilite

v ANAPHASE I: v La disjonction chromosomique + la migration (simultane et avec la meme vitesse) → la reduction des nombres des chromosomes: 2 n →n. v La segregation aleatoire de chaque paire des chromosomes homologues → l’assortiment independent des chromosomes (la recombinaison inter chromosomique) → source majeure de variabilite (223 combinaisons) v TELOPHASE I

IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 2/ Les erreurs méiotiques • Erreurs de segregation (distribution) anaphasique des chromosomes • Erreurs de recombinaison genique ← CO inequitable

• CO INEGAL: • L’appareillement erroné des séquences similaires (mais pas homologues), situées par les chromosomes homologues (RECOMBINAISON HOMOLOGUE NONALLELIQUE) par CO → l’échange inégal des segments → délétions et duplications géniques → MALADIES GENOMIQUES. Maladie Charcot-Marie. Tooth = neuropatie héréditaire avec l’affection des nerfs moteurs et sensitifs (1: 2500 nn) Neuropatie héréditaire avec predisposition aux pareses presionnelles

U. M. F IAŞI IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 2/ Les erreurs méiotiques Erreurs de segregation anaphasique des chromosomes → des gametes avec des anomalies chromosomiques v La non-disjonction: Ø chromosomique (en meiose I) → tous les gametes anormaux Ø chromatidienne (en meiose II) → un demi des gametes anormaux. v Le retard anaphasique v L’absence de la separation des cytes de l’ordre II → des gametes diploides (la diandrie /la digynie) → des zygotes avec triploidie (3 n)

IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES A/ La Gamétogénèse 3/ La Non-disjonction (ND) • ND est frequent, surtout en meiose maternelle → 8% des zygotes ont des anomalies chromosomiques, la plupart letales → 0, 7 -1% nn – ND est frequent en ovogenese, surtout en MI (92% enfants avec S. Down) – Le risque ND augmente avec la croissance de l’age materne (surtout apres 35 annes) – ND paternelle produit la trisomie XYY et 70% de sdr. Turner • Les causes ND ? ? ? – L’effet de l’age materne est cert (“les ovules ont l’age de la femme) mais la cause est inconnuee – Les facteurs externes (les radiations, les infections, les medicaments, le cafe, l’alcool etc) ne presentent aucun role

V - LES CARACTERISTIQUES DES GAMETOGENESE CHEZ HOMME ET FEMME HOMME FEMME • • • Commence a la puberte Est continue toute la vie. Une spermatogonie → 4 spermatoz. avec X ou Y Un processus rapide – 64 jours. Un processus intense (70 mil. S/ml) Autoreglable mais sensible aux facteurs externes L’age paternel ↑ → erreurs de copiage → ↑ gametes avec mutations geniques nouvelles (AD) • • • Commence prenatal. Est discontinue – s’arrete mois VII de la grossesse (“capital” limite des ovocytes) Une ovogonie → 1 ovule avec X Un processus lent – (les “ovules ont l’age de femme”). Un processus reduit (1 ovule / mois) Conditionee par: facteurs hormonales, ovulation, fecondation L’age maternel ↑→ erreurs de distribution → ↑ gametes avec des anomalies chromosomiques

IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES La fécondation Monospermique Evenements génétiques: (1) chez zygote: - se refait le nombre diploide des chromosomes (2 n=46) - s’etablie l’identite génétique de l’organisme (2) Se determine le sexe génétique: XX ou XY (le rapport des sexes a la naissance est ~ 1: 1)

IV - LA TRANSMISSION DE L’INFORMATION GENETIQUE EN SUCCESION DES ORGANISMES La fécondation ERREURS: (1). La fecondation double: - zygotes: XX XY CHIMERE (2) la dispermie : n + n → triploidie JUMEAUX DIZYGOTES