chapitre 18 La régulation de l’expression génique 413
possible, où l’expression génique peut être activée ou désactivée, accélérée ou ralentie.
Il y a seulement 50 ans, il semblait qu’on ne parviendrait
jamais à comprendre les mécanismes de régulation de l’expression génique chez les Eucaryotes. Grâce à de nouvelles
méthodes de recherche, notamment les méthodes d’analyse
de l’ADN (voir le chapitre 20), des spécialistes de la biologie
moléculaire ont pu élucider une foule de détails concernant
la régulation génique chez les Eucaryotes. Chez tous les organismes, une étape de régulation commune de l’expression
génique se situe à la transcription. À cette étape, la régulation
s’exerce souvent en réaction à des stimulus extérieurs comme
les hormones ou d’autres stimulus moléculaires. C’est pour
cette raison qu’on emploie fréquemment le terme expression
génique dans le sens de transcription autant chez les cellules
bactériennes qu’eucaryotes. Alors que c’est plus souvent le
cas chez les Bactéries, la plus grande complexité structurale
et fonctionnelle des Eucaryotes permet à la régulation de
l’expression de s’exercer à de nombreux autres niveaux (voir
la figure 18.6). Dans le reste de cette section, nous étudierons certaines des étapes importantes de la régulation chez
les Eucaryotes.
La régulation de la structure de la chromatine
Souvenez-vous que l’ADN des cellules eucaryotes s’associe à
des protéines pour former un complexe appelé chromatine,
l’unité fondamentale dont fait partie le nucléosome (voir la
figure 16.22, p. 370). En plus de permettre à l’ADN d’adopter
une forme compacte de façon qu’il puisse être contenu dans
le noyau de la cellule, la structure de la chromatine contribue
de plusieurs façons à la régulation de l’expression génique.
L’emplacement d’un promoteur par rapport aux nucléosomes
et les sites où l’ADN s’attache à l’armature chromosomique
ou à la lamina nucléaire influent sur la transcription d’un
gène. En outre, les gènes de l’hétérochromatine, hautement
condensée, ne sont généralement pas exprimés. Enfin, certaines modifications chimiques des histones et de l’ADN de
la chromatine peuvent jouer un rôle dans la structure de la
chromatine et dans l’expression génique. Nous examinons ici
les effets de ces modifications qui sont catalysées par des
enzymes spécifiques.
Les modifications des histones
Des preuves abondantes tendent à montrer que les modifications chimiques des histones, les protéines autour desquelles
l’ADN est enroulé dans les nucléosomes, jouent un rôle direct
dans la régulation de la transcription génique. L’extrémité
N-terminale de chaque molécule d’histone fait saillie à la surface d’un nucléosome et forme une queue (figure 18.7a). Les
queues des histones peuvent subir des modifications sous
l’action de diverses enzymes, qui catalysent l’addition ou
l’élimination de groupements chimiques spécifiques.
L’acétylation des histones est l’ajout d’un groupement
acétyle (—COCH 3 ) à des lysines situées dans les queues des
histones ; inversement, la désacétylation se traduit par l’élimination de groupements acétyle. Lorsque les molécules de
lysine sont acétylées, leurs charges positives sont neutralisées
et les queues des histones ne se lient plus aux nucléosomes
voisins (figure 18.7b). Ces liaisons favo risent le repliement
Transcrit primaire
ARNm dans le noyau
ARNm dans le cytoplasme
Polypeptide
Protéine active
Fonction cellulaire
(p. ex., activité enzymatique,
soutien structural)
Transport vers le cytoplasme
Dégradation
de l’ARNm
Dégradation
de la protéine
Transport vers
une cible dans la cellule
CYTOPLASME
Chromatine
ADN
ARN
Modification de
la chromatine : déploiement
de l’ADN nécessitant
la déméthylation de l’ADN
et l’acétylation des histones
NOYAU
Stimulus
Gène prêt
à être transcrit
Gène
Exon
Queue
Coiffe
Intron
Traduction
Maturation de l’ARN
Transcription
Maturation de la protéine
(clivage et modification
chimique)
m Figure 18.6 Les étapes de la régulation de l’expression génique
dans la cellule eucaryote. Dans ce diagramme, les rectangles en couleurs
indiquent les processus les plus souvent soumis à la régulation ; chaque
couleur indique le type de molécule qui subit une modification (bleu =
ADN, orangé = ARN, violet = protéine). Contrairement à la cellule procaryote, la cellule eucaryote possède une enveloppe nucléaire qui sépare le
lieu de la transcription de celui de la traduction. Cette barrière lui permet
d’assurer une régulation après la transcription, à l’étape de la maturation
de l’ARN (processus absent chez les Procaryotes). De plus, la cellule eucaryote dispose d’un plus grand nombre de mécanismes de contrôle avant
la transcription et après la traduction. Cependant, l’expression d’un gène
donné ne passe pas nécessairement par toutes les étapes illustrées ici ;
par exemple, tous les polypeptides ne subissent pas le clivage.
possible, où l’expression génique peut être activée ou désactivée, accélérée ou ralentie.
Il y a seulement 50 ans, il semblait qu’on ne parviendrait
jamais à comprendre les mécanismes de régulation de l’expression génique chez les Eucaryotes. Grâce à de nouvelles
méthodes de recherche, notamment les méthodes d’analyse
de l’ADN (voir le chapitre 20), des spécialistes de la biologie
moléculaire ont pu élucider une foule de détails concernant
la régulation génique chez les Eucaryotes. Chez tous les organismes, une étape de régulation commune de l’expression
génique se situe à la transcription. À cette étape, la régulation
s’exerce souvent en réaction à des stimulus extérieurs comme
les hormones ou d’autres stimulus moléculaires. C’est pour
cette raison qu’on emploie fréquemment le terme expression
génique dans le sens de transcription autant chez les cellules
bactériennes qu’eucaryotes. Alors que c’est plus souvent le
cas chez les Bactéries, la plus grande complexité structurale
et fonctionnelle des Eucaryotes permet à la régulation de
l’expression de s’exercer à de nombreux autres niveaux (voir
la figure 18.6). Dans le reste de cette section, nous étudierons certaines des étapes importantes de la régulation chez
les Eucaryotes.
La régulation de la structure de la chromatine
Souvenez-vous que l’ADN des cellules eucaryotes s’associe à
des protéines pour former un complexe appelé chromatine,
l’unité fondamentale dont fait partie le nucléosome (voir la
figure 16.22, p. 370). En plus de permettre à l’ADN d’adopter
une forme compacte de façon qu’il puisse être contenu dans
le noyau de la cellule, la structure de la chromatine contribue
de plusieurs façons à la régulation de l’expression génique.
L’emplacement d’un promoteur par rapport aux nucléosomes
et les sites où l’ADN s’attache à l’armature chromosomique
ou à la lamina nucléaire influent sur la transcription d’un
gène. En outre, les gènes de l’hétérochromatine, hautement
condensée, ne sont généralement pas exprimés. Enfin, certaines modifications chimiques des histones et de l’ADN de
la chromatine peuvent jouer un rôle dans la structure de la
chromatine et dans l’expression génique. Nous examinons ici
les effets de ces modifications qui sont catalysées par des
enzymes spécifiques.
Les modifications des histones
Des preuves abondantes tendent à montrer que les modifications chimiques des histones, les protéines autour desquelles
l’ADN est enroulé dans les nucléosomes, jouent un rôle direct
dans la régulation de la transcription génique. L’extrémité
N-terminale de chaque molécule d’histone fait saillie à la surface d’un nucléosome et forme une queue (figure 18.7a). Les
queues des histones peuvent subir des modifications sous
l’action de diverses enzymes, qui catalysent l’addition ou
l’élimination de groupements chimiques spécifiques.
L’acétylation des histones est l’ajout d’un groupement
acétyle (—COCH 3 ) à des lysines situées dans les queues des
histones ; inversement, la désacétylation se traduit par l’élimination de groupements acétyle. Lorsque les molécules de
lysine sont acétylées, leurs charges positives sont neutralisées
et les queues des histones ne se lient plus aux nucléosomes
voisins (figure 18.7b). Ces liaisons favo risent le repliement
Transcrit primaire
ARNm dans le noyau
ARNm dans le cytoplasme
Polypeptide
Protéine active
Fonction cellulaire
(p. ex., activité enzymatique,
soutien structural)
Transport vers le cytoplasme
Dégradation
de l’ARNm
Dégradation
de la protéine
Transport vers
une cible dans la cellule
CYTOPLASME
Chromatine
ADN
ARN
Modification de
la chromatine : déploiement
de l’ADN nécessitant
la déméthylation de l’ADN
et l’acétylation des histones
NOYAU
Stimulus
Gène prêt
à être transcrit
Gène
Exon
Queue
Coiffe
Intron
Traduction
Maturation de l’ARN
Transcription
Maturation de la protéine
(clivage et modification
chimique)
m Figure 18.6 Les étapes de la régulation de l’expression génique
dans la cellule eucaryote. Dans ce diagramme, les rectangles en couleurs
indiquent les processus les plus souvent soumis à la régulation ; chaque
couleur indique le type de molécule qui subit une modification (bleu =
ADN, orangé = ARN, violet = protéine). Contrairement à la cellule procaryote, la cellule eucaryote possède une enveloppe nucléaire qui sépare le
lieu de la transcription de celui de la traduction. Cette barrière lui permet
d’assurer une régulation après la transcription, à l’étape de la maturation
de l’ARN (processus absent chez les Procaryotes). De plus, la cellule eucaryote dispose d’un plus grand nombre de mécanismes de contrôle avant
la transcription et après la traduction. Cependant, l’expression d’un gène
donné ne passe pas nécessairement par toutes les étapes illustrées ici ;
par exemple, tous les polypeptides ne subissent pas le clivage.