Transcription : de l'ADN à l'ARN

Synthèse de la Transcription : ADN vers ARN

I. Transcription chez les Procaryotes (Bactéries)

1. Initiation

• Reconnaissance : La sous-unité $\sigma$ (sigma) reconnaît les sites promoteurs sur l'ADN.
• Séquences consensus : Les régions -35 (TTGACA) et -10 (TATAAT ou Boîte de Pribnow).
• Fixation : Liaison faible en -35, puis liaison forte en -10 entraînant l'ouverture de la double hélice (~15 pb).
• Sens : Lecture du brin matrice $3' \to 5'$ et synthèse de l'ARN en $5' \to 3'$.

2. Élongation

• La sous-unité $\beta$ assure le rôle catalytique.
• Nécessite les 4 nucléotides triphosphate (ATP, GTP, UTP, CTP) et des ions $Mg^{2+}$ ou $Mn^{2+}$.
• Application clinique : La rifampicine inhibe la sous-unité $\beta$ bactérienne.

3. Terminaison

1. Indépendante de $\rho$ : Formation d'une structure en épingle à cheveux (riche en G-C) suivie d'une séquence poly-U instable.
2. Dépendante de la protéine $\rho$ (rho) : La protéine $\rho$ utilise l'ATP pour détacher l'ARN de l'enzyme.

Note : Chez les procaryotes, la transcription et la traduction sont couplées (simultanées) car il n'y a pas de noyau.

II. Transcription chez les Eucaryotes

1. ARN Polymérase II (Focus ARNm)

• Initiation : Nécessite des facteurs de transcription généraux (TFII). La protéine TBP se lie à la TATA Box.
• Élongation : Déclenchée par la phosphorylation du domaine CTD de la polymérase par TFII H.
• Terminaison : Liée au clivage de l'extrémité 3' et à la déphosphorylation du CTD.

2. Maturation de l'ARNm (Post-transcriptionnelle)

• Capping (5') : Ajout d'une 7-méthylguanosine. Rôle : protection contre les nucléases et aide à la traduction.
• Polyadénylation (3') : Ajout d'une queue poly-A (100-200 adénines) par la PAP après le signal AAUAAA.
• Épissage (Splicing) : Élimination des introns (non codants) et suture des exons (codants) par le spliceosome (RNPsn U1, U2, U4, U5, U6).
• Épissage alternatif : Permet de produire plusieurs protéines différentes à partir d'un seul gène.

III. Inhibiteurs de la Transcription

• Rifampicine : Bloque l'initiation (bactéries).
• Actinomycine D : S'intercale dans l'ADN (bloque la matrice).
• $\alpha$-amanitine : Toxine de champignon bloquant spécifiquement l'ARN Polymérase II eucaryote.

Points Clés à Retenir

• Procaryotes : 1 seule ARN pol, site -10/-35, pas de maturation de l'ARNm.
• Eucaryotes : 3 ARN pol, compartimentation nucléaire, maturation complexe (Coiffe, Poly-A, Épissage).
• Énergie : Fournie par la rupture des liaisons anhydres d'acide des nucléotides triphosphates.

Introduction à la Transcription

La transcription est la première étape fondamentale de l'expression génique, consistant en la synthèse d'une molécule d'ARN à partir d'une matrice d'ADN. Ce processus permet de transférer l'information génétique du noyau (chez les eucaryotes) vers le cytoplasme pour la synthèse protéique.

Le fonctionnement cellulaire humain repose sur environ 30 000 protéines distinctes, toutes issues de ce mécanisme de copie. Bien que le principe général soit similaire chez tous les êtres vivants, des différences structurelles majeures existent entre les procaryotes et les eucaryotes.

I. La Transcription chez les Procaryotes

Chez les bactéries, l'absence de noyau permet une transcription et une traduction quasi simultanées. L'enzyme clé est l'ARN polymérase, un complexe protéique de 450 000 Da composé de 5 sous-unités : (alpha), (béta), (béta prime), (oméga) et (sigma).

1. Initiation

Le démarrage dépend de la reconnaissance de séquences spécifiques sur l'ADN appelées sites promoteurs. La sous-unité (facteur sigma) joue un rôle crucial en guidant l'enzyme vers ces sites.

• Séquences consensus : Situées à (fixation faible) et à (liaison forte, appelée Boîte de Pribnow ou TATA BOX : ).

• Mécanisme : L'ARN polymérase "glisse" sur l'ADN jusqu'à ce que reconnaisse le promoteur, provoquant l'ouverture de la double hélice sur environ 15 paires de bases.

• Orientation : Le brin matrice est lu dans le sens pour une synthèse de l'ARN dans le sens .

2. Élongation

Une fois que la chaîne d'ARN comporte quelques nucléotides, la sous-unité se détache et est remplacée par d'autres protéines comme nus A.

• Conditions requises : Présence de la matrice d'ADN, des 4 ribonucléotides triphosphate () et d'ions métalliques ( ou ).

• Rôles des sous-unités : La sous-unité assure la catalyse, tandis que maintient la liaison ADN-enzyme.

• Application Clinique : La rifampicine est un antibiotique qui inhibe la sous-unité , bloquant ainsi la croissance bactérienne.

3. Terminaison

Elle s'effectue au niveau de signaux de terminaison qui ralentissent la polymérase (sites de pause riches en ).

• Terminaison intrinsèque : Formation d'une structure en épingle à cheveux sur l'ARNm qui déstabilise le complexe.

• Terminaison dépendante de la protéine (rho) : La protéine s'attache à l'ARN, utilise l'énergie de l'hydrolyse de l' et détache l'ARN de l'enzyme.

II. La Transcription chez les Eucaryotes

Contrairement aux bactéries, la transcription eucaryote est localisée dans le noyau et nécessite une décondensation de la chromatine (peu d'histone H1).

1. Les trois ARN Polymérases

2. Initiation et Élongation (Focus Pol II)

Le recrutement de l'ARN polymérase II nécessite des facteurs de transcription généraux (TFII).

• Formation du complexe : La protéine TBP (TATA Binding Protein) se lie à la TATA BOX. Elle s'associe aux TAF pour former le complexe TFIID.

• Passage à l'élongation : Étape clé dépendant de la phosphorylation du domaine CTD (C-terminal Domain) de la polymérase par le facteur TFIIH.

3. Maturation des ARN (Post-transcriptionnelle)

Le transcrit primaire doit subir plusieurs modifications pour devenir fonctionnel :

• Capping (Coiffe en 5') : Ajout d'une 7-méthylguanosine pour protéger contre les nucléases et permettre la reconnaissance par le ribosome.

• Polyadénylation (Queue Poly-A en 3') : Ajout de 100 à 200 adénines par la Poly A polymérase (PAP) suite au signal .

• Épissage (Splicing) : Élimination des introns (séquences non codantes) et suture des exons (séquences codantes) par le spliceéosome (complexes ).

• Épissage alternatif : Permet de produire plusieurs protéines différentes à partir d'un seul gène (concerne 50% des gènes).

III. Inhibiteurs de la Transcription

Certaines toxines et médicaments ciblent spécifiquement la transcription pour bloquer la vie cellulaire.

• Actinomycine D : S'intercale dans l'ADN et empêche son utilisation comme matrice.

• -amanitine (poison de l'amanite phalloïde) : Inhibiteur puissant et spécifique de l'ARN polymérase II eucaryote.

• Rifampicine : Inhibiteur de l'initiation chez les procaryotes.

Points Clés à Retenir

• La transcription procaryote est directe et utilise une seule ARN polymérase.

• La transcription eucaryote nécessite une maturation complexe (Coiffe, Poly-A, Épissage) avant l'export cytoplasmique.

• Le facteur est indispensable à l'initiation bactérienne, tandis que les facteurs TFII le sont chez les eucaryotes.

• L'épissage alternatif est un mécanisme majeur de diversité protéique chez l'homme.