chapitre 18 La régulation de l’expression génique 423
portant 7 à 8 nucléotides d’une séquence complémentaire. Le
complexe miARN-protéine dégrade alors l’ARNm cible ou
bloque sa traduction. On a évalué que l’expression d’au moins
la moitié de tous les gènes humains serait régulée par des
miARN, ce qui représente un nombre remarquable étant
donné que l’existence des miARN était inconnue il y a à peine
deux décennies.
Une meilleure compréhension de la voie des miARN a permis d’obtenir une explication à une observation intrigante :
des chercheurs ont observé que l’injection de molécules d’ARN
bicaténaire dans une cellule désactivait d’une façon ou d’une
autre un gène ayant la même séquence. Ce phénomène
obtenu expérimentalement a été appelé ARN interférence
(ou ARNi) et les responsables en sont les petits ARN interférents (pARNi), des acides nucléiques dont la taille et la
fonction sont semblables à celles des miARN. En fait, d’autres
recherches ont prouvé que le même mécanisme cellulaire
engendre les miARN et les pARNi et que les deux peuvent
s’associer avec les mêmes protéines, produisant les mêmes
résultats. La distinction entre les miARN et les pARNi repose
sur la nature de la molécule du précurseur de chacun. Alors
qu’un miARN est généralement formé d’une seule structure
en épingle à cheveux dans un ARN précurseur (voir la
figure 18.15), de multiples pARNi sont formés d’une molécule d’ARN bicaténaire linéaire beaucoup plus longue.
Nous avons mentionné que des chercheurs avaient fait des
expériences consistant à injecter des ARN bicaténaires dans
des cellules, et vous vous demandez peut-être si ces molécules existent naturellement. Comme vous l’apprendrez au
chapitre 19, certains virus possèdent des génomes d’ARN
bicaténaire. Étant donné que la voie de l’ARNi cellulaire
peut entraîner la destruction des ARN dont les séquences
sont complémentaires à celles des molécules d’ARN bicaténaire, on croit généralement que ce phénomène constituerait
une défense naturelle contre l’infection par des virus à ARN.
Cependant, le fait que la voie de l’ARNi puisse également
influer sur l’expression des gènes cellulaires non viraux
indiquerait une origine évolutive différente. De plus, de nombreuses espèces, dont les Mammifères, produisent apparemment leurs propres précurseurs aux petits ARN comme les
pARNi ; ces précurseurs sont de longs ARN bicaténaires. Une
fois produits, ces ARN peuvent interférer avec l’expression
génique à des étapes autres que la traduction, ce que nous
examinerons à l’instant.
Le remodelage de la chromatine et ses effets
sur la transcription par les arNnc
En plus d’influer sur les ARNm, les petits ARN provoquent le
remodelage de la structure de la chromatine. Chez certaines
levures, l’hétérochromatine aux centromères des chromosomes ne peut se former sans la participation des pARNi
produits par les cellules elles-mêmes. Selon un modèle, un
transcrit d’ARN produit à partir de l’ADN dans la région du
centromère du chromosome est copié en un ARN bicaténaire
par une enzyme de la levure pour donner ensuite des pARNi
matures. Ceux-ci s’associent avec un complexe protéique
(différent de celui qui est illustré à la figure 18.15) et agissent
comme têtes chercheuses, dirigeant avec précision le complexe vers les transcrits d’ARN en voie de formation à partir
des séquences d’ADN centromérique. Une fois arrivées sur ce
site, les protéines du complexe recrutent des enzymes qui
modifient la chromatine, la transformant en hétérochromatine hautement condensée observée dans le centromère.
Une classe de petits ARNnc nouvellement découverts
appelés ARN interagissant avec Piwi (ARNpi) induisent également la formation d’hétérochromatine, bloquant l’expression de certains éléments d’ADN parasites dans le génome
appelés transposons. (Nous étudierons les transposons au
chapitre 21.) Des précurseurs d’ARN monocaténaire effectuent probablement la maturation des ARNpi dont la longueur est généralement de l’ordre de 24 à 31 nucléotides. Ces
ARN jouent un rôle indispensable dans les cellules germinales de nombreuses espèces animales, où ils semblent aider
au rétablissement de modes de méthylation appropriés dans
le génome pendant la formation des gamètes.
Les cas que nous venons de décrire mettent en jeu le remodelage de la chromatine qui bloque l’expression de régions
étendues du chromosome. Plusieurs expériences récentes ont
démontré que des mécanismes apparentés, basés sur des ARN,
peuvent également bloquer la transcription de gènes spécifiques. Par exemple, certains pARNi de Végétaux comportent
des séquences qui lient les promoteurs du gène et répriment
la transcription, et que les ARNpi bloquent l’expression de
gènes spécifiques. De plus, pour une variation sur un même
thème, mentionnons que l’on a rapporté certains cas d’activation de l’expression génique par des pARNi et des ARNpi.
La signification des petits arNnc
au regard de l’évolution
évolutIon
Les petits ARNnc peuvent réguler l’expression génique à de multiples étapes et de nombreuses façons.
En général, des niveaux supplémentaires de régulation génique
permettraient l’évolution de la complexité de la forme à un
degré supérieur. Par conséquent, la polyvalence de la régulation par les miARN a conduit certains biologistes à avancer
l’hypothèse qu’une augmentation du nombre de miARN codés
par le génome d’une espèce donnée a entraîné une augmentation de la complexité morphologique au cours de l’évo -
lution. Cette hypothèse ne faisant pas l’unanimité pour le
moment, il est logique d’étendre la discussion afin d’inclure
tous les petits ARNnc. Grâce à de nouvelles techniques de
séquençage rapide des génomes, les biologistes sont en
mesure de chercher combien le génome d’une espèce donnée
contient de gènes codant pour les ARNnc. Selon une étude
portant sur différentes espèces, les pARNi seraient apparus
en premier, suivis par les miARN et plus tard par les ARNpi,
qui ne sont présents que chez les Animaux. De plus, bien
qu’il y ait des centaines de types de miARN, il semble qu’il y
ait plusieurs milliers de types d’ARNpi, ce qui laisse penser
que les ARNpi seraient à l’origine d’une régulation génique
très sophistiquée.
Étant donné les fonctions étendues des ARNnc, il n’est pas
surprenant que nombre des ARNnc décrits jusqu’ici jouent
des rôles importants dans le développement embryonnaire, le
sujet abordé à la section suivante. Le développement embryonnaire est peut-être l’exemple ultime de l’expression génique
régulée avec précision.
portant 7 à 8 nucléotides d’une séquence complémentaire. Le
complexe miARN-protéine dégrade alors l’ARNm cible ou
bloque sa traduction. On a évalué que l’expression d’au moins
la moitié de tous les gènes humains serait régulée par des
miARN, ce qui représente un nombre remarquable étant
donné que l’existence des miARN était inconnue il y a à peine
deux décennies.
Une meilleure compréhension de la voie des miARN a permis d’obtenir une explication à une observation intrigante :
des chercheurs ont observé que l’injection de molécules d’ARN
bicaténaire dans une cellule désactivait d’une façon ou d’une
autre un gène ayant la même séquence. Ce phénomène
obtenu expérimentalement a été appelé ARN interférence
(ou ARNi) et les responsables en sont les petits ARN interférents (pARNi), des acides nucléiques dont la taille et la
fonction sont semblables à celles des miARN. En fait, d’autres
recherches ont prouvé que le même mécanisme cellulaire
engendre les miARN et les pARNi et que les deux peuvent
s’associer avec les mêmes protéines, produisant les mêmes
résultats. La distinction entre les miARN et les pARNi repose
sur la nature de la molécule du précurseur de chacun. Alors
qu’un miARN est généralement formé d’une seule structure
en épingle à cheveux dans un ARN précurseur (voir la
figure 18.15), de multiples pARNi sont formés d’une molécule d’ARN bicaténaire linéaire beaucoup plus longue.
Nous avons mentionné que des chercheurs avaient fait des
expériences consistant à injecter des ARN bicaténaires dans
des cellules, et vous vous demandez peut-être si ces molécules existent naturellement. Comme vous l’apprendrez au
chapitre 19, certains virus possèdent des génomes d’ARN
bicaténaire. Étant donné que la voie de l’ARNi cellulaire
peut entraîner la destruction des ARN dont les séquences
sont complémentaires à celles des molécules d’ARN bicaténaire, on croit généralement que ce phénomène constituerait
une défense naturelle contre l’infection par des virus à ARN.
Cependant, le fait que la voie de l’ARNi puisse également
influer sur l’expression des gènes cellulaires non viraux
indiquerait une origine évolutive différente. De plus, de nombreuses espèces, dont les Mammifères, produisent apparemment leurs propres précurseurs aux petits ARN comme les
pARNi ; ces précurseurs sont de longs ARN bicaténaires. Une
fois produits, ces ARN peuvent interférer avec l’expression
génique à des étapes autres que la traduction, ce que nous
examinerons à l’instant.
Le remodelage de la chromatine et ses effets
sur la transcription par les arNnc
En plus d’influer sur les ARNm, les petits ARN provoquent le
remodelage de la structure de la chromatine. Chez certaines
levures, l’hétérochromatine aux centromères des chromosomes ne peut se former sans la participation des pARNi
produits par les cellules elles-mêmes. Selon un modèle, un
transcrit d’ARN produit à partir de l’ADN dans la région du
centromère du chromosome est copié en un ARN bicaténaire
par une enzyme de la levure pour donner ensuite des pARNi
matures. Ceux-ci s’associent avec un complexe protéique
(différent de celui qui est illustré à la figure 18.15) et agissent
comme têtes chercheuses, dirigeant avec précision le complexe vers les transcrits d’ARN en voie de formation à partir
des séquences d’ADN centromérique. Une fois arrivées sur ce
site, les protéines du complexe recrutent des enzymes qui
modifient la chromatine, la transformant en hétérochromatine hautement condensée observée dans le centromère.
Une classe de petits ARNnc nouvellement découverts
appelés ARN interagissant avec Piwi (ARNpi) induisent également la formation d’hétérochromatine, bloquant l’expression de certains éléments d’ADN parasites dans le génome
appelés transposons. (Nous étudierons les transposons au
chapitre 21.) Des précurseurs d’ARN monocaténaire effectuent probablement la maturation des ARNpi dont la longueur est généralement de l’ordre de 24 à 31 nucléotides. Ces
ARN jouent un rôle indispensable dans les cellules germinales de nombreuses espèces animales, où ils semblent aider
au rétablissement de modes de méthylation appropriés dans
le génome pendant la formation des gamètes.
Les cas que nous venons de décrire mettent en jeu le remodelage de la chromatine qui bloque l’expression de régions
étendues du chromosome. Plusieurs expériences récentes ont
démontré que des mécanismes apparentés, basés sur des ARN,
peuvent également bloquer la transcription de gènes spécifiques. Par exemple, certains pARNi de Végétaux comportent
des séquences qui lient les promoteurs du gène et répriment
la transcription, et que les ARNpi bloquent l’expression de
gènes spécifiques. De plus, pour une variation sur un même
thème, mentionnons que l’on a rapporté certains cas d’activation de l’expression génique par des pARNi et des ARNpi.
La signification des petits arNnc
au regard de l’évolution
évolutIon
Les petits ARNnc peuvent réguler l’expression génique à de multiples étapes et de nombreuses façons.
En général, des niveaux supplémentaires de régulation génique
permettraient l’évolution de la complexité de la forme à un
degré supérieur. Par conséquent, la polyvalence de la régulation par les miARN a conduit certains biologistes à avancer
l’hypothèse qu’une augmentation du nombre de miARN codés
par le génome d’une espèce donnée a entraîné une augmentation de la complexité morphologique au cours de l’évo -
lution. Cette hypothèse ne faisant pas l’unanimité pour le
moment, il est logique d’étendre la discussion afin d’inclure
tous les petits ARNnc. Grâce à de nouvelles techniques de
séquençage rapide des génomes, les biologistes sont en
mesure de chercher combien le génome d’une espèce donnée
contient de gènes codant pour les ARNnc. Selon une étude
portant sur différentes espèces, les pARNi seraient apparus
en premier, suivis par les miARN et plus tard par les ARNpi,
qui ne sont présents que chez les Animaux. De plus, bien
qu’il y ait des centaines de types de miARN, il semble qu’il y
ait plusieurs milliers de types d’ARNpi, ce qui laisse penser
que les ARNpi seraient à l’origine d’une régulation génique
très sophistiquée.
Étant donné les fonctions étendues des ARNnc, il n’est pas
surprenant que nombre des ARNnc décrits jusqu’ici jouent
des rôles importants dans le développement embryonnaire, le
sujet abordé à la section suivante. Le développement embryonnaire est peut-être l’exemple ultime de l’expression génique
régulée avec précision.