16.6 : Régulation génique translationnelle et post-traductionnelle des eucaryotes

Compétences à développer

• Comprenez le processus de traduction et discutez de ses principaux facteurs
• Décrire comment le complexe d'initiation contrôle la traduction
• Expliquer les différentes manières dont s'effectue le contrôle post-traductionnel de l'expression des gènes

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.

Le complexe d'initiation et le taux de traduction

Comme la transcription, la traduction est contrôlée par des protéines qui se lient et initient le processus. En traduction, le complexe qui s'assemble pour démarrer le processus est appelé complexe d'initiation. La première protéine à se lier à l'ARN pour initier la traduction est le facteur d'initiation eucaryote 2 (eIF-2). La protéine eIF-2 est active lorsqu'elle se lie à la molécule à haute énergie guanosine triphosphate (GTP). Le GTP fournit l'énergie nécessaire pour démarrer la réaction en abandonnant un phosphate et en devenant du guanosine diphosphate (GDP). La protéine eIF-2 liée au GTP se lie à la petite sous-unité ribosomale 40S. Une fois lié, l'ARNt initiateur de la méthionine s'associe au complexe ribosomique EIF-2/40S, emportant avec lui l'ARNm à traduire. À ce stade, lorsque le complexe initiateur est assemblé, le GTP est converti en PIB et de l'énergie est libérée. Le phosphate et la protéine eIF-2 sont libérés du complexe et la grande sous-unité ribosomale 60S se lie pour traduire l'ARN. La liaison de l'eIF-2 à l'ARN est contrôlée par phosphorylation. Si l'eIF-2 est phosphorylé, il subit un changement de conformation et ne peut pas se lier au GTP. Par conséquent, le complexe d'initiation ne peut pas se former correctement et la traduction est entravée (Figure\(\PageIndex{1}\)). Lorsque l'eIF-2 reste non phosphorylé, il lie l'ARN et traduit activement la protéine.

Art Connection

Figure\(\PageIndex{1}\) : L'expression génique peut être contrôlée par des facteurs qui lient le complexe d'initiation de la traduction.

Une augmentation des niveaux de phosphorylation de l'eIF-2 a été observée chez des patients atteints de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington. Quel impact pensez-vous que cela pourrait avoir sur la synthèse des protéines ?

Modifications chimiques, activité des protéines et longévité

Les protéines peuvent être modifiées chimiquement par l'ajout de groupes tels que les groupes méthyle, phosphate, acétyle et ubiquitine. L'ajout ou la suppression de ces groupes dans les protéines régule leur activité ou la durée de leur existence dans la cellule. Parfois, ces modifications peuvent réguler la présence d'une protéine dans la cellule, par exemple dans le noyau, le cytoplasme ou sa fixation à la membrane plasmique.

Les modifications chimiques se produisent en réponse à des stimuli externes tels que le stress, le manque de nutriments, la chaleur ou l'exposition aux rayons ultraviolets. Ces modifications peuvent modifier l'accessibilité épigénétique, la transcription, la stabilité de l'ARNm ou la traduction, entraînant ainsi des modifications de l'expression de divers gènes. Il s'agit d'un moyen efficace pour la cellule de modifier rapidement les niveaux de protéines spécifiques en réponse à l'environnement. Comme les protéines sont impliquées à chaque étape de la régulation génique, la phosphorylation d'une protéine (selon la protéine modifiée) peut modifier l'accessibilité au chromosome, modifier la traduction (en modifiant la transcription, la liaison ou la fonction du facteur de transcription), modifier la navette nucléaire (en influençant modifications du complexe des pores nucléaires), peuvent altérer la stabilité de l'ARN (en se liant ou non à l'ARN pour réguler sa stabilité), peuvent modifier la traduction (augmenter ou diminuer) ou peuvent modifier les modifications post-traductionnelles (ajout ou élimination de phosphates ou d'autres modifications chimiques).

L'ajout d'un groupe ubiquitine à une protéine marque la dégradation de cette protéine. L'ubiquitine agit comme un indicateur indiquant que la durée de vie des protéines est complète. Ces protéines sont déplacées vers le protéasome, un organite qui élimine les protéines, pour être dégradées (Figure\(\PageIndex{2}\)). L'un des moyens de contrôler l'expression des gènes est donc de modifier la longévité de la protéine.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Les protéines portant des étiquettes à l'ubiquitine sont marquées pour leur dégradation au sein du protéasome.

Résumé

La modification de l'état de l'ARN ou de la protéine elle-même peut affecter la quantité de protéine, la fonction de la protéine ou la durée de sa présence dans la cellule. Pour traduire la protéine, un complexe initiateur de protéine doit s'assembler sur l'ARN. Les modifications (telles que la phosphorylation) des protéines de ce complexe peuvent empêcher une traduction correcte. Une fois qu'une protéine a été synthétisée, elle peut être modifiée (phosphorylée, acétylée, méthylée ou ubiquitinée). Ces modifications post-traductionnelles peuvent avoir un impact important sur la stabilité, la dégradation ou la fonction de la protéine.

Connexions artistiques

Figure\(\PageIndex{1}\) : Une augmentation des niveaux de phosphorylation de l'eIF-2 a été observée chez des patients atteints de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington. Quel impact pensez-vous que cela pourrait avoir sur la synthèse des protéines ?

Réponse

La synthèse des protéines serait inhibée.

Lexique

facteur d'initiation eucaryote 2 (eIF-2)

protéine qui se lie d'abord à un ARNm pour initier la traduction

diphosphate de guanine (PIB)

molécule qui reste après l'utilisation de l'énergie pour démarrer la traduction

triphosphate de guanine (GTP)

molécule fournissant de l'énergie qui se lie à l'eIF-2 et qui est nécessaire à la traduction

complexe d'initiation

complexe protéique contenant eIF2-2 qui commence la traduction

grande sous-unité ribosomale 60S

deuxième sous-unité ribosomale plus grande qui se lie à l'ARN pour le traduire en protéine

protéasome

organite qui dégrade les protéines

petite sous-unité ribosomale 40S

sous-unité ribosomale qui se lie à l'ARN pour le traduire en protéine