16.4 : Régulation des gènes de la transcription eucaryote

Compétences à développer

• Discuter du rôle des facteurs de transcription dans la régulation des gènes
• Expliquer comment les activateurs et les répresseurs régulent l'expression des gènes

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. L'ARN polymérase ne peut à elle seule initier la transcription dans les cellules eucaryotes. Les facteurs de transcription doivent d'abord se lier à la région promotrice et recruter l'ARN polymérase sur le site pour que la transcription soit établie.

Lien vers l'apprentissage

Découvrez le processus de transcription, c'est-à-dire la fabrication de l'ARN à partir d'un modèle d'ADN, sur ce site.

Le promoteur et la machine de transcription

Les gènes sont organisés de manière à faciliter le contrôle de l'expression des gènes. La région promotrice se trouve immédiatement en amont de la séquence codante. Cette région peut être courte (seulement quelques nucléotides) ou assez longue (plusieurs centaines de nucléotides). Plus le promoteur est long, plus il y a d'espace disponible pour les protéines pour se lier. Cela permet également de mieux contrôler le processus de transcription. La longueur du promoteur est spécifique à chaque gène et peut varier considérablement d'un gène à l'autre. Par conséquent, le niveau de contrôle de l'expression des gènes peut également varier considérablement d'un gène à l'autre. Le promoteur a pour but de lier les facteurs de transcription qui contrôlent l'initiation de la transcription.

Dans la région du promoteur, juste en amont du site de départ de la transcription, se trouve la boîte TATA. Cette boîte est simplement une répétition de dinucléotides à base de thymine et d'adénine (littéralement, des répétitions TATA). L'ARN polymérase se lie au complexe d'initiation de la transcription, permettant ainsi à la transcription de se produire. Pour initier la transcription, un facteur de transcription (TFIID) est le premier à se lier à la boîte TATA. La liaison du TFIID recrute d'autres facteurs de transcription, notamment le TFIIB, le TFIIE, le TFIIF et le TFIIH, dans la boîte TATA. Une fois ce complexe assemblé, l'ARN polymérase peut se lier à sa séquence en amont. Lorsqu'elle est liée aux facteurs de transcription, l'ARN polymérase est phosphorylée. Cela libère une partie de la protéine de l'ADN pour activer le complexe d'initiation de la transcription et place l'ARN polymérase dans la bonne orientation pour commencer la transcription ; la protéine de flexion de l'ADN met l'activateur, qui peut se trouver assez loin du gène, en contact avec les facteurs de transcription et le médiateur protéines (Figure\(\PageIndex{1}\)).

Figure\(\PageIndex{1}\) : Un activateur est une séquence d'ADN qui favorise la transcription. Chaque activateur est composé de courtes séquences d'ADN appelées éléments de contrôle distaux. Les activateurs liés aux éléments de contrôle distaux interagissent avec les protéines médiatrices et les facteurs de transcription. Deux gènes différents peuvent avoir le même promoteur mais des éléments de contrôle distaux différents, ce qui permet une expression génique différentielle.

Outre les facteurs de transcription généraux, d'autres facteurs de transcription peuvent se lier au promoteur pour réguler la transcription des gènes. Ces facteurs de transcription se lient aux promoteurs d'un ensemble spécifique de gènes. Il ne s'agit pas de facteurs de transcription généraux qui se lient à tous les complexes promoteurs, mais qui sont recrutés sur une séquence spécifique sur le promoteur d'un gène spécifique. Il existe des centaines de facteurs de transcription dans une cellule qui se lient chacun spécifiquement à un motif de séquence d'ADN particulier. Lorsque les facteurs de transcription se lient au promoteur juste en amont du gène codé, on parle d'élément à action cis, car il se trouve sur le même chromosome juste à côté du gène. La région à laquelle un facteur de transcription particulier se lie est appelée site de liaison du facteur de transcription. Les facteurs de transcription répondent à des stimuli environnementaux qui amènent les protéines à trouver leurs sites de liaison et à initier la transcription du gène nécessaire.

Améliorateurs et transcription

Dans certains gènes eucaryotes, certaines régions contribuent à augmenter ou à améliorer la transcription. Ces régions, appelées activateurs, ne sont pas nécessairement proches des gènes qu'elles renforcent. Ils peuvent être situés en amont d'un gène, dans la région codante du gène, en aval d'un gène, ou peuvent se trouver à des milliers de nucléotides.

Les régions activatrices sont des séquences, ou sites, de liaison pour les facteurs de transcription. Lorsqu'une protéine fléchissant l'ADN se lie, la forme de l'ADN change (Figure\(\PageIndex{1}\)). Ce changement de forme permet l'interaction des activateurs liés aux activateurs avec les facteurs de transcription liés à la région promotrice et à l'ARN polymérase. Alors que l'ADN est généralement représenté comme une ligne droite en deux dimensions, il s'agit en fait d'un objet tridimensionnel. Par conséquent, une séquence nucléotidique située à des milliers de nucléotides peut se replier et interagir avec un promoteur spécifique.

Désactiver les gènes : répresseurs transcriptionnels

Comme les cellules procaryotes, les cellules eucaryotes possèdent également des mécanismes qui empêchent la transcription. Les répresseurs transcriptionnels peuvent se lier à des régions promotrices ou activatrices et bloquer la transcription. Comme les activateurs transcriptionnels, les répresseurs répondent à des stimuli externes pour empêcher la liaison des facteurs de transcription activateurs.

Résumé

Pour démarrer la transcription, les facteurs de transcription généraux, tels que le TFIID, le TFIIH et d'autres, doivent d'abord se lier à la boîte TATA et recruter l'ARN polymérase à cet endroit. La liaison de facteurs de transcription régulateurs supplémentaires à des éléments agissant en cis augmentera ou empêchera la transcription. En plus des séquences promotrices, les régions activatrices contribuent à augmenter la transcription. Les activateurs peuvent se trouver en amont, en aval, au sein d'un gène lui-même ou sur d'autres chromosomes. Les facteurs de transcription se lient aux régions activatrices pour augmenter ou empêcher la transcription.

Lexique

élément à action cis

sites de liaison au facteur de transcription au sein du promoteur qui régulent la transcription d'un gène adjacent à celui-ci

exhausteur

segment d'ADN situé en amont, en aval, peut-être à des milliers de nucléotides, ou sur un autre chromosome qui influence la transcription d'un gène spécifique

élément à action trans

site de fixation du facteur de transcription situé à l'extérieur du promoteur ou sur un autre chromosome qui influence la transcription d'un gène particulier

site de liaison du facteur de transcription

séquence d'ADN à laquelle se lie un facteur de transcription