TRANSCRIPTION DE L'ADN: PROCESSUS CHEZ LES EUCARYOTES ET LES PROCARYOTES - LA BIOLOGIE - 2025

La transcription de l'ADN est le processus par lequel les informations contenues dans l'acide désoxyribonucléique sont copiées sous la forme d'une molécule similaire, l'ARN, soit comme étape de synthèse protéique, soit pour la formation de molécules d'ARN impliquées dans multiples processus cellulaires de grande importance (régulation de l'expression génique, signalisation, etc.).

S'il n'est pas vrai que tous les gènes d'un organisme codent pour des protéines, il est vrai que toutes les protéines d'une cellule, qu'elles soient eucaryotes ou procaryotes, sont codées par un ou plusieurs gènes, où chaque acide aminé est représenté par un ensemble de trois bases d'ADN (codon).

Traitement des gènes eucaryotes (Source: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

La synthèse de la chaîne polypeptidique appartenant à toute protéine cellulaire se fait grâce à deux processus fondamentaux: la transcription et la traduction; tous deux hautement réglementés, car ce sont deux processus d'une grande importance pour le fonctionnement de tout organisme vivant.

Qu'est-ce que la transcription d'ADN?

La transcription implique la formation d'une «matrice» pour une molécule d'ARN appelée «ARN messager» (ARNm) à partir de la séquence «standard» codée dans la région de l'ADN correspondant au gène à transcrire.

Ce processus est réalisé par une enzyme appelée ARN polymérase, qui reconnaît des endroits spéciaux dans la séquence d'ADN, se lie à eux, ouvre le brin d'ADN et synthétise une molécule d'ARN en utilisant l'un de ces brins d'ADN complémentaires comme matrice ou motif, même lorsqu'il rencontre une autre séquence d'arrêt spéciale.

La traduction, en revanche, est le processus par lequel la synthèse des protéines se produit. Il consiste en la «lecture» des informations contenues dans l'ARNm transcrit à partir d'un gène, la «traduction» des codons d'ADN en acides aminés et la formation d'une chaîne polypeptidique.

La traduction des séquences nucléotidiques de l'ARNm est réalisée par des enzymes appelées aminoacyl-ARNt synthétases, grâce à la participation d'autres molécules d'ARN appelées «ARN de transfert» (ARNt), qui sont des anticodons des codons contenus dans le ARNM, qui sont une copie fidèle de la séquence d'ADN d'un gène.

Transcription chez les eucaryotes (processus)

Lors de la transcription chez les eucaryotes, l'ADN est utilisé comme matrice pour créer un brin d'ARN messager à l'aide de l'enzyme ARN polymérase.

Dans les cellules eucaryotes, le processus de transcription se produit dans le noyau, qui est le principal organite intracellulaire où l'ADN est contenu sous forme de chromosomes. Il commence par la "copie" de la région codante du gène qui est transcrite en une molécule à bande unique connue sous le nom d'ARN messager (ARNm).

Puisque l'ADN est confiné dans ledit organite, les molécules d'ARNm fonctionnent comme des intermédiaires ou des transporteurs dans la transmission du message génétique du noyau au cytosol, où se produit la traduction de l'ARN et l'ensemble de la machinerie biosynthétique pour la synthèse des protéines (le ribosomes).

- À quoi ressemblent les gènes eucaryotes?

Un gène est constitué d'une séquence d'ADN dont les caractéristiques déterminent sa fonction, puisque l'ordre des nucléotides dans ladite séquence est ce qui détermine sa transcription et sa traduction ultérieure (dans le cas de ceux qui codent pour des protéines).

Lorsqu'un gène est transcrit, c'est-à-dire lorsque ses informations sont copiées sous forme d'ARN, le résultat peut être un ARN non codant (ARNc), qui a des fonctions directes dans la régulation de l'expression génique, dans la signalisation cellulaire, etc. ou il peut s'agir d'un ARN messager (ARNm), qui sera ensuite traduit en une séquence d'acides aminés dans un peptide.

Représentation de la structure d'un gène eucaryote (Source: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Le fait qu'un gène possède un produit fonctionnel sous forme d'ARN ou de protéine dépend de certains éléments ou régions présents dans sa séquence.

Les gènes, eucaryotes ou procaryotes, ont deux brins d'ADN, l'un connu sous le nom de brin «sens» et l'autre «antisens». Les enzymes responsables de la transcription de ces séquences "lisent" un seul des deux brins, typiquement le brin "sens" ou "codant", qui a une "direction" 5'-3 '.

Chaque gène a des séquences régulatrices à ses extrémités:

- si les séquences sont avant la région codante (celle qui sera transcrite) elles sont appelées "promoteurs"

- s'ils sont séparés par de nombreux kilobases, ils peuvent être "silencieux" ou "rehaussant"

- les séquences les plus proches de la région 3 'des gènes sont généralement des séquences de terminaison, qui indiquent à la polymérase qu'elle doit arrêter et terminer la transcription (ou la réplication, selon le cas)

La région promotrice est divisée en distale et proximale, selon sa proximité avec la région codante. C'est à l'extrémité 5 'du gène et c'est le site que l'enzyme ARN polymérase et d'autres protéines reconnaissent pour initier la transcription d'ADN en ARN.

Dans la partie proximale de la région promotrice, des facteurs de transcription peuvent se lier, qui ont la capacité de modifier l'affinité de l'enzyme pour la séquence à transcrire, ainsi ils sont chargés de réguler positivement ou négativement la transcription des gènes.

Les régions activatrices et silençantes sont également responsables de la régulation de la transcription génique en modifiant «l'activité» des régions promotrices par leur liaison avec des éléments activateurs ou répresseurs «en amont» de la séquence codante du gène.

On dit que les gènes eucaryotes sont toujours «désactivés» ou «réprimés» par défaut, ils doivent donc être activés par des éléments promoteurs pour être exprimés (transcrits).

- Qui est en charge de la transcription?

Quel que soit l'organisme, la transcription est réalisée par un groupe d'enzymes appelées ARN polymérases, qui, à l'instar des enzymes responsables de la réplication de l'ADN lorsqu'une cellule est sur le point de se diviser, se spécialisent dans la synthèse d'une chaîne d'ARN à partir de l'un des brins d'ADN du gène en cours de transcription.

Les ARN polymérases sont de grands complexes enzymatiques composés de nombreuses sous-unités. Il existe différents types:

- ARN polymérase I (Pol I): qui transcrivent les gènes codant pour la "grande" sous-unité ribosomale.

- ARN polymérase II (Pol II): qui transcrit les gènes codant pour les protéines et produit des micro-ARN.

- ARN polymérase III (Pol III): qui produisent les ARN de transfert utilisés lors de la traduction ainsi que l'ARN correspondant à la petite sous-unité du ribosome.

- ARN polymérase IV et V (Pol IV et Pol V): elles sont typiques des plantes et sont responsables de la transcription de petits ARN interférents.

- Quel est le processus?

Transcription du gène eucaryote (Source: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

La transcription génétique est un processus qui peut être étudié en trois phases: initiation, allongement et terminaison.

Initiation

Pendant l'initiation de la région promotrice, la région promotrice du gène fonctionne comme un site de reconnaissance pour l'ARN polymérase. C'est là que la plupart de l'expression génétique est contrôlée

L'ARN polymérase (par exemple, l'ARN polymérase II) se lie à la séquence de la région du promoteur, qui consiste en un étirement de 6 à 10 paires de bases à l'extrémité 5 'du gène, généralement environ 35 paires de bases du site de démarrage de la transcription.

L'union de l'ARN polymérase conduit à «l'ouverture» de la double hélice d'ADN, séparant les brins complémentaires. La synthèse d'ARN commence au site connu sous le nom de "site d'initiation" et se produit dans la direction 5'-3 ', c'est-à-dire "en aval" ou de gauche à droite (par convention).

L'initiation de la transcription médiée par les ARN polymérases dépend de la présence concomitante de facteurs de transcription protéique connus sous le nom de facteurs de transcription généraux, qui contribuent à la "localisation" de l'enzyme dans la région du promoteur.

Une fois que l'enzyme a commencé à polymériser, elle est "libérée" à la fois de la séquence promotrice et des facteurs de transcription généraux.

Élongation

Pendant l'allongement, l'ARN polymérase glisse le long de la chaîne qui sert de modèle

Il se produit lorsque l'ARN polymérase «se déplace» le long de la séquence d'ADN et ajoute des ribonucléotides complémentaires au brin d'ADN qui sert de «matrice» à l'ARN en croissance. Lorsque l'ARN polymérase «passe» à travers le brin d'ADN, elle rejoint son brin antisens.

La polymérisation réalisée par l'ARN polymérase consiste en des attaques nucléophiles de l'oxygène en position 3 'de la chaîne d'ARN en croissance vers le phosphate "alpha" du prochain précurseur nucléotidique à ajouter, avec la formation consécutive de liaisons phosphodiester et la libération d'un molécule de pyrophosphate (PPi).

L'ensemble composé du brin d'ADN, de l'ARN polymérase et du brin d'ARN naissant est appelé bulle ou complexe de transcription.

Résiliation

Lorsque l'ARN polymérase atteint la région terminale du gène, l'ARN messager transcriptionnel est complet. Ensuite, l'ARN polymérase, le brin d'ADN et l'ARN messager de transcription se dissocient

La terminaison se produit lorsque la polymérase atteint la séquence de terminaison, qui est logiquement située «en aval» du site d'initiation de la transcription. Lorsque cela se produit, l'enzyme et l'ARN synthétisé se «détachent» de la séquence d'ADN en cours de transcription.

La région de terminaison consiste normalement en une séquence d'ADN qui est capable de "se replier" sur elle-même, formant une structure de type "boucle en épingle à cheveux".

Après la terminaison, le brin d'ARN synthétisé est connu comme le transcrit primaire, qui est libéré du complexe de transcription, après quoi il peut ou non être traité post-transcriptionnellement (avant sa traduction en protéine, le cas échéant) par un processus appelé "coupe et épissure".

Transcription chez les procaryotes (processus)

Puisque les cellules procaryotes n'ont pas de noyau à membrane, la transcription se produit dans le cytosol, spécifiquement dans la région «nucléaire», où l'ADN chromosomique est concentré (les bactéries ont un chromosome circulaire).

De cette manière, l'augmentation de la concentration cytosolique d'une protéine donnée est sensiblement plus rapide chez les procaryotes que chez les eucaryotes, puisque les processus de transcription et de traduction se produisent dans le même compartiment.

- À quoi ressemblent les gènes procaryotes?

Les organismes procaryotes ont des gènes très similaires aux eucaryotes: les premiers utilisent également des régions promotrices et régulatrices pour leur transcription, bien qu'une différence importante soit liée au fait que la région promotrice est souvent suffisante pour obtenir une expression «forte» du les gènes.

En ce sens, il est important de mentionner que, en général, les gènes procaryotes sont toujours «activés» par défaut.

La région promotrice est associée à une autre région, généralement «en amont», qui est régulée par des molécules de répresseur et est connue sous le nom de «région opérateur».

Représentation de la structure d'un gène procaryote (Source: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Une différence de transcription entre les procaryotes et les eucaryotes est que normalement les ARN messagers des eucaryotes sont monocistroniques, c'est-à-dire que chacun contient les informations nécessaires pour synthétiser une seule protéine, tandis que chez les procaryotes, ceux-ci peuvent être monocistroniques ou polycistroniques, où un seul L'ARNm peut contenir des informations pour deux ou plusieurs protéines.

Ainsi, il est bien connu que les gènes procaryotes codant pour des protéines ayant des fonctions métaboliques similaires, par exemple, se trouvent dans des groupes connus sous le nom d'opérons, qui sont simultanément transcrits en une forme de molécule unique d'ARN messager.

Les gènes procaryotes sont densément emballés, sans beaucoup de régions non codantes entre eux, de sorte qu'une fois transcrits en molécules d'ARN messager linéaire, ils peuvent être traduits en protéine immédiatement (les ARNm eucaryotes ont souvent besoin d'un traitement supplémentaire).

- Comment est l'ARN polymérase procaryote?

Les organismes procaryotes tels que les bactéries, par exemple, utilisent la même enzyme ARN polymérase pour transcrire tous leurs gènes, c'est-à-dire ceux qui codent pour les sous-unités ribosomales et ceux qui codent pour différentes protéines cellulaires.

Chez les bactéries E. coli, l'ARN polymérase est composée de 5 sous-unités polypeptidiques, dont deux sont identiques. Les sous-unités α, α, β, β 'comprennent la partie centrale de l'enzyme et s'assemblent et se désassemblent lors de chaque événement de transcription.

Les sous-unités α sont celles qui permettent l'union entre l'ADN et l'enzyme; la sous-unité β se lie aux ribonucléotides triphosphates qui seront polymérisés selon la matrice d'ADN dans la molécule d'ARNm naissante et la sous-unité β 'se lie audit brin d'ADN matrice.

La cinquième sous-unité, connue sous le nom de σ participe à l'initiation de la transcription et est celle qui confère une spécificité à la polymérase.

- Quel est le processus?

La transcription chez les procaryotes est très similaire à celle des eucaryotes (elle est également divisée en initiation, allongement et terminaison), avec quelques différences dans l'identité des régions promotrices et les facteurs de transcription nécessaires à l'ARN polymérase exercent leurs fonctions.

Bien que les régions promotrices puissent varier entre différentes espèces procaryotes, il existe deux séquences «consensus» conservées qui peuvent être facilement identifiées dans la région -10 (TATAAT) et dans la région -35 (TTGACA) en amont de la séquence codante.

Initiation

Cela dépend de la sous-unité σ de l'ARN polymérase, car elle médie l'interaction entre l'ADN et l'enzyme, ce qui la rend capable de reconnaître les séquences promotrices. L'initiation se termine lorsque certains transcrits abortifs d'environ 10 nucléotides sont produits et libérés.

Élongation

Lorsque la sous-unité σ est détachée de l'enzyme, commence la phase d'élongation qui consiste en la synthèse d'une molécule d'ARNm dans la direction 5'-3 '(environ 40 nucléotides par seconde).

Résiliation

La terminaison chez les procaryotes dépend de deux types de signaux différents, elle peut être Rho-dépendante et Rho-indépendante.

La protéine Rho-dépendante est contrôlée par cette protéine qui "suit" la polymérase au fur et à mesure qu'elle avance dans la synthèse de l'ARN jusqu'à ce que cette dernière atteigne une séquence riche en guanines (G), ralentisse et entre en contact avec la protéine Rho. dissociation de l'ADN et de l'ARNm.

La terminaison Rho-indépendante est contrôlée par des séquences spécifiques du gène, généralement riches en répétitions guanine-cytosine (GC).

Références

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