16 : Expression génique
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Alors que chaque cellule partage le même génome et la même séquence d'ADN, chaque cellule n'active pas ou n'exprime pas le même ensemble de gènes. Chaque type de cellule a besoin d'un ensemble de protéines différent pour remplir sa fonction. Par conséquent, seul un petit sous-ensemble de protéines est exprimé dans une cellule. Pour que les protéines soient exprimées, l'ADN doit être transcrit en ARN et l'ARN doit être traduit en protéine. Dans un type de cellule donné, les gènes codés dans l'ADN ne sont pas tous transcrits en ARN ou traduits en protéines, car certaines cellules de notre corps ont des fonctions spécifiques. Les protéines spécialisées qui composent l'œil (iris, cristallin et cornée) ne sont exprimées que dans l'œil, tandis que les protéines spécialisées du cœur (cellules du stimulateur cardiaque, muscle cardiaque et valves) ne sont exprimées que dans le cœur. À tout moment, seul un sous-ensemble de tous les gènes codés par notre ADN est exprimé et traduit en protéines. L'expression de gènes spécifiques est un processus hautement régulé qui comporte de nombreux niveaux et étapes de contrôle. Cette complexité garantit la bonne expression dans la cellule appropriée au bon moment.
- 16.0 : Prélude à l'expression des gènes
- Chaque cellule somatique du corps contient généralement le même ADN. Quelques exceptions incluent les globules rouges, qui ne contiennent pas d'ADN à l'état mature, et certaines cellules du système immunitaire qui réorganisent leur ADN tout en produisant des anticorps. En général, cependant, les gènes qui déterminent si vous avez les yeux verts, les cheveux bruns et la rapidité avec laquelle vous métabolisez les aliments sont les mêmes dans les cellules de vos yeux et de votre foie, même si ces organes fonctionnent très différemment.
- 16.1 : Régulation de l'expression des gènes
- La régulation de l'expression génique permet de conserver de l'énergie et de l'espace. Cela nécessiterait une quantité d'énergie importante pour qu'un organisme puisse exprimer chaque gène à tout moment. Il est donc plus économe en énergie d'activer les gènes uniquement lorsqu'ils sont nécessaires. De plus, seule l'expression d'un sous-ensemble de gènes dans chaque cellule permet de gagner de la place, car l'ADN doit être déroulé de sa structure étroitement enroulée pour pouvoir le transcrire et le traduire.
- 16.2 : Régulation des gènes procaryotes
- L'ADN des procaryotes est organisé en un chromosome circulaire superenroulé dans la région nucléoïde du cytoplasme cellulaire. Les protéines qui sont nécessaires à une fonction spécifique ou qui sont impliquées dans la même voie biochimique sont codées ensemble dans des blocs appelés opérons. Par exemple, tous les gènes nécessaires à l'utilisation du lactose comme source d'énergie sont codés les uns à côté des autres dans l'opéron lactose (ou lac).
- 16.3 : Régulation des gènes épigénétiques eucaryotes
- L'expression des gènes eucaryotes est plus complexe que celle des gènes procaryotes car les processus de transcription et de traduction sont physiquement séparés. Contrairement aux cellules procaryotes, les cellules eucaryotes peuvent réguler l'expression des gènes à de nombreux niveaux différents. L'expression des gènes eucaryotes commence par le contrôle de l'accès à l'ADN. Cette forme de régulation, appelée régulation épigénétique, se produit avant même que la transcription ne soit initiée.
- 16.4 : Régulation des gènes de la transcription eucaryote
- Comme les cellules procaryotes, la transcription des gènes chez les eucaryotes nécessite l'action d'une ARN polymérase pour se lier à une séquence en amont d'un gène afin d'initier la transcription. Cependant, contrairement aux cellules procaryotes, l'ARN polymérase eucaryote a besoin d'autres protéines, ou facteurs de transcription, pour faciliter l'initiation de la transcription. Les facteurs de transcription sont des protéines qui se lient à la séquence promotrice et à d'autres séquences régulatrices pour contrôler la transcription du gène cible.
- 16.5 : Régulation des gènes post-transcriptionnels eucaryotes
- L'ARN est transcrit, mais doit être transformé en une forme mature avant que la traduction puisse commencer. Ce traitement après la transcription d'une molécule d'ARN, mais avant qu'elle ne soit traduite en protéine, est appelé modification post-transcriptionnelle. Comme pour les étapes épigénétiques et transcriptionnelles du traitement, cette étape post-transcriptionnelle peut également être régulée pour contrôler l'expression génique dans la cellule. Si l'ARN n'est pas traité, transporté ou traduit, aucune protéine ne sera synthétisée.
- 16.6 : Régulation génique translationnelle et post-traductionnelle des eucaryotes
- Une fois que l'ARN a été transporté vers le cytoplasme, il est traduit en protéine. Le contrôle de ce processus dépend largement de la molécule d'ARN. Comme indiqué précédemment, la stabilité de l'ARN aura un impact important sur sa traduction en protéine. À mesure que la stabilité change, le temps pendant lequel il est disponible pour la traduction change également.
- 16.7 : Cancer et régulation des gènes
- Le cancer n'est pas une maladie unique mais comprend de nombreuses maladies différentes. Dans les cellules cancéreuses, les mutations modifient le contrôle du cycle cellulaire et les cellules n'arrêtent pas de croître comme elles le feraient normalement. Les mutations peuvent également modifier le taux de croissance ou la progression de la cellule tout au long du cycle cellulaire. Un exemple de modification génétique qui modifie le taux de croissance est l'augmentation de la phosphorylation de la cycline B, une protéine qui contrôle la progression d'une cellule tout au long du cycle cellulaire et sert de protéine de point de contrôle du cycle cellulaire.
Vignette : Les nucléosomes sont très espacés de telle sorte que l'ADN est exposé. Les facteurs de transcription peuvent se lier, ce qui permet l'expression des gènes. (CC BY 4.0/modifié par rapport à l'original ; OpenStax).