4. F LUX DE L ’ INFORMATION GÉNÉTIQUE.S TRUCTURE ET EXPRESSION DES G È NES.
89
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
ou en mosaïque. Les séquences codantes d’ADN,
dont le message génétique seul sera exprimé en
termes de protéines, sont ici appelées les exons,
tandis que les séquences non codantes, intercalées
entre les précédentes et souvent très longues, sont
nommées les introns.
Le segment d’ADN correspondant à l’ensemble
de ces séquences est transcrit en une seule molécule, entre les signaux de démarrage et de terminaison : c’est le transcrit primaire, appelé ici ARN
pré-messager. Cette molécule peut être beaucoup
plus longue que l’ARNm cytoplasmique (jusqu’à
100 fois, dans certains cas !), et il est évident que ce
transcrit primaire devra être considérablement raccourci, remanié, avant de donner un ARNm
mature et fonctionnel (voir figure 4.9 et chapitre 8).
5. EXPRESSION DES GÈNES
CHEZ LES PROCARYOTES
5.1. Enzymes et signaux de transcription
procaryotiques
Les Bactéries ne possèdent qu’une seule ARN
polymérase pour transcrire les trois familles de
gènes rencontrés dans leurs génomes. Cette enzyme
est un gros complexe dont la masse moléculaire
est de 450 kDa, constitué de cinq polypeptides.
Grâce à une de ses sous sous-unités, le facteur
sigma ( σ ), l’enzyme est capable de reconnaître le
long de l’ADN des séquences situées en amont des
segments à transcrire, appelées séquences promotrices (ou promoteurs), pour lesquelles elle a une
forte affinité. Le rôle des promoteurs est double :
ils permettent de positionner précisément la polymérase par rapport à la première base de la
séquence d’ADN à transcrire et ils déterminent le
choix du brin à recopier.
Le promoteur universel des Procaryotes (commun à tous leurs gènes) est constitué par une
séquence d’ADN couvrant environ 40 paires de
nucléotides en amont du premier nucléotide transcrit, noté +1. Après l’analyse de plusieurs centaines de gènes de E. coli (et d’autres espèces), on a
mis en évidence deux blocs de six paires de bases,
évolutivement très conservés, situés entre les
nucléotides -7 et -12 (TATAAT), et entre –3 0 et
–3 5 (TTGACA). La première séquence citée est
parfois appelée Pribnow box, du nom de son
découvreur ; très riche en paires de bases A-T, elle
constitue une zone facilement dénaturable (voir
figure 4.11). C’est sans doute cette propriété qui est
le signal reconnu par l’enzyme, celle-ci devant
commencer par ouvrir la molécule d’ADN avant
de la transcrire. Lorsque des mutations affectent
l’une ou l’autre de ces deux séquences (et modifient le consensus), l’efficacité du promoteur est
considérablement diminuée, alors qu’elle n’est pas
perturbée par des mutations se produisant
ailleurs. Le facteur sigma agit comme un facteur
de démarrage de la transcription et il doit être
X X X X X X T T G A C A X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X A A C T G T X X X X X X X X X X X X X
T A
A T A T T A
T A A T X X X X X X
X X X X X X
A
T
X
X X X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X X A T G
T A C
X X X
X X X
promoteur
opérateur
boîte
dite GACA
boîte de
Pribnow
début de la transcription
de l'ARNm
début de la
séquence codante
3'OH
5'P
16-19
bases
5-9
bases
+ 1
- 10
- 35
5'P
3'OH
...
...
...
...
Figure 4.11
Schéma de la région promotrice d’un opéron bactérien
La boîte de Pribnow est située en amont (– 10) du premier nucléotide transcrit (+ 1), qui est très souvent un A. Le promoteur et l’opérateur se chevauchent partiellement (cas de l’opéron lactose), ou parfois totalement.
Dans le cas présenté ici, une partie de l’opérateur est transcrite et incluse dans la région leader de l’ARNm.
89
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
ou en mosaïque. Les séquences codantes d’ADN,
dont le message génétique seul sera exprimé en
termes de protéines, sont ici appelées les exons,
tandis que les séquences non codantes, intercalées
entre les précédentes et souvent très longues, sont
nommées les introns.
Le segment d’ADN correspondant à l’ensemble
de ces séquences est transcrit en une seule molécule, entre les signaux de démarrage et de terminaison : c’est le transcrit primaire, appelé ici ARN
pré-messager. Cette molécule peut être beaucoup
plus longue que l’ARNm cytoplasmique (jusqu’à
100 fois, dans certains cas !), et il est évident que ce
transcrit primaire devra être considérablement raccourci, remanié, avant de donner un ARNm
mature et fonctionnel (voir figure 4.9 et chapitre 8).
5. EXPRESSION DES GÈNES
CHEZ LES PROCARYOTES
5.1. Enzymes et signaux de transcription
procaryotiques
Les Bactéries ne possèdent qu’une seule ARN
polymérase pour transcrire les trois familles de
gènes rencontrés dans leurs génomes. Cette enzyme
est un gros complexe dont la masse moléculaire
est de 450 kDa, constitué de cinq polypeptides.
Grâce à une de ses sous sous-unités, le facteur
sigma ( σ ), l’enzyme est capable de reconnaître le
long de l’ADN des séquences situées en amont des
segments à transcrire, appelées séquences promotrices (ou promoteurs), pour lesquelles elle a une
forte affinité. Le rôle des promoteurs est double :
ils permettent de positionner précisément la polymérase par rapport à la première base de la
séquence d’ADN à transcrire et ils déterminent le
choix du brin à recopier.
Le promoteur universel des Procaryotes (commun à tous leurs gènes) est constitué par une
séquence d’ADN couvrant environ 40 paires de
nucléotides en amont du premier nucléotide transcrit, noté +1. Après l’analyse de plusieurs centaines de gènes de E. coli (et d’autres espèces), on a
mis en évidence deux blocs de six paires de bases,
évolutivement très conservés, situés entre les
nucléotides -7 et -12 (TATAAT), et entre –3 0 et
–3 5 (TTGACA). La première séquence citée est
parfois appelée Pribnow box, du nom de son
découvreur ; très riche en paires de bases A-T, elle
constitue une zone facilement dénaturable (voir
figure 4.11). C’est sans doute cette propriété qui est
le signal reconnu par l’enzyme, celle-ci devant
commencer par ouvrir la molécule d’ADN avant
de la transcrire. Lorsque des mutations affectent
l’une ou l’autre de ces deux séquences (et modifient le consensus), l’efficacité du promoteur est
considérablement diminuée, alors qu’elle n’est pas
perturbée par des mutations se produisant
ailleurs. Le facteur sigma agit comme un facteur
de démarrage de la transcription et il doit être
X X X X X X T T G A C A X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X A A C T G T X X X X X X X X X X X X X
T A
A T A T T A
T A A T X X X X X X
X X X X X X
A
T
X
X X X X X X X X X X X X X X X X
X X X X X X X X X X X X X X X A T G
T A C
X X X
X X X
promoteur
opérateur
boîte
dite GACA
boîte de
Pribnow
début de la transcription
de l'ARNm
début de la
séquence codante
3'OH
5'P
16-19
bases
5-9
bases
+ 1
- 10
- 35
5'P
3'OH
...
...
...
...
Figure 4.11
Schéma de la région promotrice d’un opéron bactérien
La boîte de Pribnow est située en amont (– 10) du premier nucléotide transcrit (+ 1), qui est très souvent un A. Le promoteur et l’opérateur se chevauchent partiellement (cas de l’opéron lactose), ou parfois totalement.
Dans le cas présenté ici, une partie de l’opérateur est transcrite et incluse dans la région leader de l’ARNm.