Service d’Histologie-Embryologie, Faculté de Médecine d’Oran, Université d’Oran I T R A NS C R IP T I ON I. Définitions La transcription est la première étape de l’expression des gènes : processus moléculaire et cellulaire qui consiste à convertir les gènes en molécules fonctionnelles (notamment les protéines). La transcription désigne la synthèse, à partir d’une portion de la molécule d’ADN d’une molécule d’ARN (molécule courte de plusieurs centaines ou milliers de nucléotides) grâce à une enzyme : l’ARN Polymérase. Il faut noter que : • Ce n’est pas tout l’ADN qui est transcrit mais seulement certaines portions appelées gènes. • Seul l’un des deux brins de l’ADN est copié et ce n’est pas toujours le même en fonction du gène. Mots Clés • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… II. Mécanisme général A- Eléments nécessaires Pour synthétiser in vivo un ARNm, il faut que soient présents en particulier : • des nucléotides • une enzyme : l’ARN Polymérase • un modèle ADN 1) Les nucléotides Ils contiennent les bases A, G, C et U et sont diffèrents des nucléotides de l’ADN (U remplace T et le ribose remplace le désoxyribose) Ils sont activés sous forme de nucléosides triphosphates (ATP, GTP, CTP, UTP) • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… • ………………………… 2ème année de Médecine, Module de Génétique, Année universitaire : 2024-2025 Page 1 Service d’Histologie-Embryologie, Faculté de Médecine d’Oran, Université d’Oran I 2) Une enzyme : l’ARN Polymérase L’ARN polymérase est l’enzyme qui permet de souder les nucléotides les uns aux autres pour former ce polymère qu’est l’ARNm. 3) Un modèle ADN L’ARNm étant une copie (complémentaire et antiparallèle de l’ADN) il est indispensable pour fabriquer de l’ARNm de disposer d’un brin d’ADN comme modèle. L’ARN polymérase est donc ADN dépendante. B- Déroulement de la transcription La transcription de l’ADN, donc la synthèse de l’ARNm s’effectue : • dans le sens 5’ → 3’ • de façon antiparallèle (par rapport au brin de DNA transcrit) • par appariement des bases complémentaires La transcription d’un brin de l’ADN en ARNm est rendue possible grâce à l’ARN Polymérase qui reconnaît une région spécifique de l’ADN appelée Promoteur et située en amont du site d’initiation de la transcription. La transcription consiste à souder les nucléotides entre eux par une liaison ester. L’accrochage de chaque nouveau nucléotide se fait toujours dans le sens 5’ → 3’ et ce, jusqu’à ce que l’ARN Polymérase reconnaisse le site de terminaison (ou terminateur qui est une autre séquence d’ADN). III. Etapes de la transcription La transcription est un phénomène sélectif : ce n’est pas tout l’ADN qui est transcrit mais seulement une partie. Elle passe par les étapes suivantes : • Initiation • Elongation • Terminaison Par convention, on appelle +1 le premier nucléotide à partir duquel la transcription démarre et -1 le nucléotide qui le précède. 2ème année de Médecine, Module de Génétique, Année universitaire : 2024-2025 Page 2 Service d’Histologie-Embryologie, Faculté de Médecine d’Oran, Université d’Oran I A- Initiation Le signal de début de la transcription est le promoteur : il s’agit d’une région d’environ 40 paires de nucléotides située juste avant le début de la région où démarrera la transcription. 1) Chez les procaryotes Chez Escherichia Coli, les promoteurs de différents gènes ont été déterminés. Ces promoteurs ont des séquences, de composition très voisine (similitude de séquence), dites « séquences conservées ». Les sites de reconnaissance sont ces courtes séquences de 06 paires de nucléotides séparées l’une de l’autre par environ 25 paires de nucléotides. a. Séquence « -35 » Elle est située approximativement à 35 paires de nucléotides en amont du point de départ de la transcription. 3 bases sont hautement conservées (>75%) : TTGACA b. Séquence « -10 » 3 bases sont également ici hautement conservées (>75%) : TATATT (Pribnow box). On peut considére ce site comme une région d’avertissement pour l’ARN polymérase. Chez E. Coli, l’ARN polymérase est composée de sous-unités qui forment l’ensemble : cœur de l’enzyme : α2ββ’ + le facteur σ ce qui donne l’holoenzyme : α2ββ’σ. C’est la sous-unité σ qui permet à l’ARN polymérase de reconnaître les sites promoteurs. Puis, cette sous-unité se dissocie après l’initiation de la transcription. 2) Chez les eucaryotes La transcription est beaucoup plus complexe du fait de plusieurs éléments dont : • la présence de plusieurs ARN Polymérases • le caractère « discontinu » des gènes • l’existence de plusieurs facteurs de transcription a. Les ARN polymérases Il existe plusieurs types d’ARN polymérases, à savoir : • l’ARN Polymérase I : transcrit les ARNr • l’ARN Polymérase II : transcrit les préARNm et certains ARNpn (petits ARN nucléaires) • l’ARN Polymérase III : transcrit de petites molécules d’ARN (ARNt). b. Le caractère « discontinu » des gènes Chez les eucaryotes, les gènes sont discontinus ou fragmentés. En effet, un gène comprend : • des exons qui contiennent l’information héréditaire et qui s’exprimeront en étant traduits en protéines • des introns ou séquences intercalaires qui seront transcrits mais pas traduits. 2ème année de Médecine, Module de Génétique, Année universitaire : 2024-2025 Page 3 Service d’Histologie-Embryologie, Faculté de Médecine d’Oran, Université d’Oran I c. Les facteurs de trasncription Enfin, en ce qui concerne la transcription des préARNm, chez les eucaryotes, l’ARN polymérase II ne s’attache pas directement aux promoteurs comme l'ARN polymérase bactérienne. En fait, des protéines auxiliaires, appelées facteurs de transcription, se lient d'abord au promoteur pour former des complexes de transcription assez stables qui attirent une ARN polymérase (plusieurs ARN polymérases pour les eucaryotes). Beaucoup de promoteurs eucaryotes présentent une séquence appelée boîte TATA qui joue un rôle similaire à celui de la séquence -10 des bactéries. L’ARN polymérase chez les eucaryotes est incapable de reconnaître directement le promoteur. Elle reconnaît un complexe multiprotéique (5 protéines constituant des facteurs de transcription) : TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE et TFIIF. A noter la suite d’évènements suivants : • TFIID se fixe sur la TATA box. • TFIIA stabilise le complexe TFIID – ADN • TFIIB et TFIIE se lient à l’ARN polymérase II • TFIIF a une activité hélicase (dénature la double hélice d’ADN au niveau du site d’initiation). Ce groupe de facteurs de transcription + l’ARN Polymérase constitue le complexe d’initiation et catalyse la formation de la première liaison phosphodiester entre les deux premiers nucléotides. B- Elongation La synthèse de l’ARN s’effectue dans le sens 5’ → 3. L’ARN polymérase peut être comparée à un curseur se déplaçant sur une fermeture éclair. Les deux brins de l’ADN s’écartent par rupture des liaisons hydrogène. L’énergie nécessaire pour former les liaisons ester est apportée par les nucléotides eux-mêmes qui doivent être présents sous forme de nucléotides triphosphates : ATP, GTP, UTP, CTP. 2ème année de Médecine, Module de Génétique, Année universitaire : 2024-2025 Page 4 Service d’Histologie-Embryologie, Faculté de Médecine d’Oran, Université d’Oran I Les nucléosides triphosphates apportent donc à la fois : • le nucléoside monophosphate (le nucléotide de l’ARN) • l’énergie nécessaire pour relier chaque nucléotide au précédent. La transcription démarre alors (copie d’un brin de l’ADN), mais au fur et à mesure du déplacement de l’ARN polymérase sur l’ADN, l’ARNm naissant, transitoirement apparié au brin d’ADN transcrit, se détache. Les deux brins d’ADN reprennent alors leur forme hélicoïdale. C- Terminaison 1) Chez les procaryotes Les signaux de fin de transcription sont : • une région à symétrie imparfaite, immédiatement suivie de : • une région riche en AT La transcription de la région à symétrie imparfaite donnera une séquence d’ARNm capable de self-complémentarité. L’ARNm se terminera donc par une boucle qui sera suivie de plusieurs U (provenant de la transcription de la séquence à plusieurs A) et qui a la forme d’une boucle en épingle à cheveu, hélicoïdale, qui est responsable de l’arrêt de la transcription. La région riche en AT, courte séquence riche en bases A et T est une région plus lâche (2 liaisons hydrogène entre les bases A et T au lieu de 3 entres les bases C et G) d’où l’ARN polymérase pourra plus facilement sortir. 2) Chez les eucaryotes Le signal de fin de gène (et non de fin de transcription) est la séquence lue sur le brin d’ADN non transcrit, dit « sens » : AATAAA, séquence appelée « signal de polyadénylation ». L’ARN polymérase reconnaît ce signal sur l’ADN mais continue à transcrire encore au-delà (ARN en excès). Toutefois, les transcrits seront ensuite raccourcis et se termineront par le signal AAUAAA suivi de 10 à 15 nucléotides (avant de recevoir une queue poly(A)). Le clivage est produit par une substance à action nucléasique. L’addition de poly(A) à cette nouvelle extrémité 3’ est effectuée par une poly(A) polymérase qui utilise l’ATP comme substrat et qui n’a pas besoin de matrice. 2ème année de Médecine, Module de Génétique, Année universitaire : 2024-2025 Page 5