8. E XPRESSION DES G È NES NUCLÉAIRES CHEZ LES EUCARYOTES.A SPECTS CELLULAIRES ET MOLÉCULAIRES 221
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Si on fractionne le noyau lui-même, en isolant
les nucléoles du reste de l’organite, on obtient
deux profils nettement différents suivant que l’on
extrait les ARN de l’un ou l’autre de ces deux nouveaux sous-compartiments :
– les ARN nucléolaires ont une distribution présentant des pics relativement nets, correspondant à des molécules ayant comme coefficients
de sédimentation : 41-45 S, 32-35 S, 28 S, 18-20 S
et 5-6 S. Ces ARN constituent donc une souspopulation bien précise des ARN nucléaires
totaux, mais lorsqu’ils sont en mélange avec les
autres ARN, plus abondants, ils sont difficiles à
identifier (voir figure 8.17) ;
– les ARN nucléoplasmiques, ou chromatiniens,
sont nommés ainsi car ils sont synthétisés sur le
reste de la chromatine, puis accumulés dans le
nucléoplasme. Étant majoritaires dans le noyau,
leur distribution globale est très semblable, par la
taille des molécules et leur hétérogénéité, à celle
des ARN totaux. On les appelle souvent ARN
nucléaires hétérogènes (ARNnh). Parmi ces derniers, on a mis récemment en évidence une classe
abondante de petits ARN (60-200 nucléotides
environ), qui n’exercent pas leur fonction dans le
cytoplasme, et restent la plupart du temps confinés dans le noyau. Ces petits ARN nucléaires
( sn RNA, en anglais) entrent dans la constitution
de particules ribonucléoprotéiques de petite taille
dont on verra plus loin le rôle dans les processus
de modification chimique de certains ARN, au
sein du noyau ; il en existe, à l’heure actuelle,
plus d’une douzaine d’espèces différentes.
Les ARN nucléaires et cytoplasmiques diffèrent
donc à de nombreux points de vue : distribution
des tailles, abondance de certaines espèces moléculaires… Les seules ressemblances portent sur les
ARN nucléolaires et certains ARN cytoplasmiques
pour lesquels on trouve en commun, et dans des
proportions voisines, les espèces notées : 28 S, 18 S,
5,8 et 5 S. Nous comprendrons plus tard l’origine
de cette observation, qui n’est pas fortuite, puisque
le nucléole est le lieu de synthèse de la majorité
des ARN ribosomiques.
4.1.2. D IVERSITÉ DES ARN POLYMÉRASES
CHEZ LES E UCARYOTES
Bien que le principe de la transcription soit le
même chez tous les êtres vivants, il existe des différences notables entre les Procaryotes et les
Eucaryotes, au niveau des mécanismes ; de façon
générale, les choses sont toujours plus compliquées chez ces derniers. On trouve ici trois ARN
polymérases différentes, chacune étant plus grosse
et plus complexe que l’unique ARN polymérase
bactérienne. Chacune d’elles a une MM voisine de
10
3
kDa et comprend au moins dix chaînes polypeptidiques distinctes ; certaines sous-unités sont
communes aux trois complexes. Quelques similitudes de séquence et d’organisation existent entre
les plus gros des polypeptides eucaryotiques et
bactériens. Ces enzymes transcrivent spécifiquement les gènes correspondant aux grandes familles
d’ARN citées précédemment :
– l’ARN polymérase I synthétise tous les ARNr,
sauf l’ARNr 5 S;
– l’ARN polymérase II synthétise tous les ARNm
et les «petits ARN nucléaires»;
– l’ARN polymérase III synthétise tous les ARNt,
les ARNr 5 S et l’ARN 7 S (voir figure 9.7).
Ces trois ARN polymérases ne se fixent sur
l’ADN et ne commencent à le transcrire que si
celui-ci est déjà recouvert, au niveau des promoteurs, par des protéines spécifiques appelées facteurs de transcription ou FT (chez les Bactéries,
l’unique enzyme se fixe directement sur de l’ADN
nu). L’association entre l’ADN et les facteurs de
transcription, dont il existe ainsi trois familles :
FTI, FTII et FTIII, est très stable, comme le montrent les expériences de reconstitution in vitro à
partir de molécules purifiées. C’est le complexe
ADN/facteurs protéiques ainsi formé au niveau du
promoteur, qui «attire » et retient la polymérase
correspondante, après qu’ait été constitué un volumineux complexe de préinitiation (voir plus loin).
À la différence du facteur d’initiation sigma des
Procaryotes, qui quitte l’ARN polymérase dès que
le processus d’élongation de l’ARN est entamé, le
complexe eucaryotique, une fois formé, reste partiellement en place après que la polymérase ait
démarré. D’autres facteurs interviennent en outre
spécifiquement pour contrôler le taux de transcription des gènes. La connaissance de tels facteurs
chez les Eucaryotes est relativement récente et ce
domaine est en pleine évolution ; ce point sera
développé à la fin du chapitre.
4.2. Données de la physiologie cellulaire
Lorsque l’approche physiologique classique (de
type pulse-chase) est doublée d’une analyse biochimique fine, après fractionnement cellulaire et/ou
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Si on fractionne le noyau lui-même, en isolant
les nucléoles du reste de l’organite, on obtient
deux profils nettement différents suivant que l’on
extrait les ARN de l’un ou l’autre de ces deux nouveaux sous-compartiments :
– les ARN nucléolaires ont une distribution présentant des pics relativement nets, correspondant à des molécules ayant comme coefficients
de sédimentation : 41-45 S, 32-35 S, 28 S, 18-20 S
et 5-6 S. Ces ARN constituent donc une souspopulation bien précise des ARN nucléaires
totaux, mais lorsqu’ils sont en mélange avec les
autres ARN, plus abondants, ils sont difficiles à
identifier (voir figure 8.17) ;
– les ARN nucléoplasmiques, ou chromatiniens,
sont nommés ainsi car ils sont synthétisés sur le
reste de la chromatine, puis accumulés dans le
nucléoplasme. Étant majoritaires dans le noyau,
leur distribution globale est très semblable, par la
taille des molécules et leur hétérogénéité, à celle
des ARN totaux. On les appelle souvent ARN
nucléaires hétérogènes (ARNnh). Parmi ces derniers, on a mis récemment en évidence une classe
abondante de petits ARN (60-200 nucléotides
environ), qui n’exercent pas leur fonction dans le
cytoplasme, et restent la plupart du temps confinés dans le noyau. Ces petits ARN nucléaires
( sn RNA, en anglais) entrent dans la constitution
de particules ribonucléoprotéiques de petite taille
dont on verra plus loin le rôle dans les processus
de modification chimique de certains ARN, au
sein du noyau ; il en existe, à l’heure actuelle,
plus d’une douzaine d’espèces différentes.
Les ARN nucléaires et cytoplasmiques diffèrent
donc à de nombreux points de vue : distribution
des tailles, abondance de certaines espèces moléculaires… Les seules ressemblances portent sur les
ARN nucléolaires et certains ARN cytoplasmiques
pour lesquels on trouve en commun, et dans des
proportions voisines, les espèces notées : 28 S, 18 S,
5,8 et 5 S. Nous comprendrons plus tard l’origine
de cette observation, qui n’est pas fortuite, puisque
le nucléole est le lieu de synthèse de la majorité
des ARN ribosomiques.
4.1.2. D IVERSITÉ DES ARN POLYMÉRASES
CHEZ LES E UCARYOTES
Bien que le principe de la transcription soit le
même chez tous les êtres vivants, il existe des différences notables entre les Procaryotes et les
Eucaryotes, au niveau des mécanismes ; de façon
générale, les choses sont toujours plus compliquées chez ces derniers. On trouve ici trois ARN
polymérases différentes, chacune étant plus grosse
et plus complexe que l’unique ARN polymérase
bactérienne. Chacune d’elles a une MM voisine de
10
3
kDa et comprend au moins dix chaînes polypeptidiques distinctes ; certaines sous-unités sont
communes aux trois complexes. Quelques similitudes de séquence et d’organisation existent entre
les plus gros des polypeptides eucaryotiques et
bactériens. Ces enzymes transcrivent spécifiquement les gènes correspondant aux grandes familles
d’ARN citées précédemment :
– l’ARN polymérase I synthétise tous les ARNr,
sauf l’ARNr 5 S;
– l’ARN polymérase II synthétise tous les ARNm
et les «petits ARN nucléaires»;
– l’ARN polymérase III synthétise tous les ARNt,
les ARNr 5 S et l’ARN 7 S (voir figure 9.7).
Ces trois ARN polymérases ne se fixent sur
l’ADN et ne commencent à le transcrire que si
celui-ci est déjà recouvert, au niveau des promoteurs, par des protéines spécifiques appelées facteurs de transcription ou FT (chez les Bactéries,
l’unique enzyme se fixe directement sur de l’ADN
nu). L’association entre l’ADN et les facteurs de
transcription, dont il existe ainsi trois familles :
FTI, FTII et FTIII, est très stable, comme le montrent les expériences de reconstitution in vitro à
partir de molécules purifiées. C’est le complexe
ADN/facteurs protéiques ainsi formé au niveau du
promoteur, qui «attire » et retient la polymérase
correspondante, après qu’ait été constitué un volumineux complexe de préinitiation (voir plus loin).
À la différence du facteur d’initiation sigma des
Procaryotes, qui quitte l’ARN polymérase dès que
le processus d’élongation de l’ARN est entamé, le
complexe eucaryotique, une fois formé, reste partiellement en place après que la polymérase ait
démarré. D’autres facteurs interviennent en outre
spécifiquement pour contrôler le taux de transcription des gènes. La connaissance de tels facteurs
chez les Eucaryotes est relativement récente et ce
domaine est en pleine évolution ; ce point sera
développé à la fin du chapitre.
4.2. Données de la physiologie cellulaire
Lorsque l’approche physiologique classique (de
type pulse-chase) est doublée d’une analyse biochimique fine, après fractionnement cellulaire et/ou