Pour PrépaBCPST et PrépaAgreg
Thèmes : expression génétique, transcription, interactions protéines-ADN
Il y a encore beaucoup à apprendre sur des mécanismes aussi fondamentaux que la transcription. L'ARN polymérase II (ARNpol II) des Eucaryotes est responsable de la synthèse des ARNm et des micro-ARN. Une fois, la transcription initiée et l'élongation commencée, l'ARNpol II s'arrête au bout de 20 à 60 nucléotides transcrits. Elle continuera la transcription que si elle reçoit des "signaux" l'autorisant à le faire. C'est un niveau supplémentaire de régulation de la transcription.
Un article paru en Août 2018 dans Nature permet d'en savoir plus sur cette régulation. Une fois la transcription démarrée, l'ARNpol II s'associe avec la protéine SPT5 et c'est elle qui recrute deux complexes protéiques, DSIF et NELF (Negative Elongation Factor). C'est ce dernier complexe qui est plus directement impliqué dans la pause car lorsqu'on inhibe l'expression de ses composantes, l'ARNpol II n'interrompt plus l'élongation. Cela aboutit à des décrochages prématurés de l'ARNpol II de l 'ADN et des niveaux d'expression de gènes anormaux. Les auteurs de l'article ont utilisé de la cristallographie et de la cryo-microscopie électronique pour caractériser la structure de l'ensemble ADN/ARN/ARNpol II/SPT5 en absence ou en présence de NELF (ce qui mime la pause transcriptionnelle). Ils se sont rendus compte qu'en présence de NELF, la base du brin d'ADN qui sert de matrice pour l'ajout du ribonucléotide suivant de l'ARN se retrouve hors du site actif de l'ARNpol II qui est donc incapable de poursuivre la synthèse. Cela est causé par une inclinaison particulière du brin d'ADN. De plus, l'une des sous-unités du NELF a aussi un domaine qui bouche la "voie d'accès" des ribonucléotides triphosphates vers le site actif.
La pause transcriptionnelle se termine lorsqu'une kinase, P-TEFb, phosphoryle NELF, SPT5 et l'ARNpol II (sur la sérine 2 de son C-terminal domain ou CTD; la sérine 5 a déjà été phosphorylée au moment de l'initiation de la transcription). Le changement de conformation aboutit à recruter de nouveaux facteurs (PAF et TFIIS) qui vont permettre à l'ARNpol II de repartir. Le brin d'ADN matrice perd son inclinaison et la base qui va permettre le recrutement du prochain ribonucléotide se replace dans le site actif de la polymérase.
Reste à mieux comprendre quels "signaux" sont nécessaires pour lever la pause transcriptionnelle par recrutement de P-TEFb. On sait par exemple que le facteur de transcription (et oncogène) c-myc joue ce rôle pour certains gènes, mais ce ne doit pas être le seul.
Thèmes : expression génétique, transcription, interactions protéines-ADN
Il y a encore beaucoup à apprendre sur des mécanismes aussi fondamentaux que la transcription. L'ARN polymérase II (ARNpol II) des Eucaryotes est responsable de la synthèse des ARNm et des micro-ARN. Une fois, la transcription initiée et l'élongation commencée, l'ARNpol II s'arrête au bout de 20 à 60 nucléotides transcrits. Elle continuera la transcription que si elle reçoit des "signaux" l'autorisant à le faire. C'est un niveau supplémentaire de régulation de la transcription.
Un article paru en Août 2018 dans Nature permet d'en savoir plus sur cette régulation. Une fois la transcription démarrée, l'ARNpol II s'associe avec la protéine SPT5 et c'est elle qui recrute deux complexes protéiques, DSIF et NELF (Negative Elongation Factor). C'est ce dernier complexe qui est plus directement impliqué dans la pause car lorsqu'on inhibe l'expression de ses composantes, l'ARNpol II n'interrompt plus l'élongation. Cela aboutit à des décrochages prématurés de l'ARNpol II de l 'ADN et des niveaux d'expression de gènes anormaux. Les auteurs de l'article ont utilisé de la cristallographie et de la cryo-microscopie électronique pour caractériser la structure de l'ensemble ADN/ARN/ARNpol II/SPT5 en absence ou en présence de NELF (ce qui mime la pause transcriptionnelle). Ils se sont rendus compte qu'en présence de NELF, la base du brin d'ADN qui sert de matrice pour l'ajout du ribonucléotide suivant de l'ARN se retrouve hors du site actif de l'ARNpol II qui est donc incapable de poursuivre la synthèse. Cela est causé par une inclinaison particulière du brin d'ADN. De plus, l'une des sous-unités du NELF a aussi un domaine qui bouche la "voie d'accès" des ribonucléotides triphosphates vers le site actif.
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| Source : Thèse de Xiao Han, PSL 2016 |
La pause transcriptionnelle se termine lorsqu'une kinase, P-TEFb, phosphoryle NELF, SPT5 et l'ARNpol II (sur la sérine 2 de son C-terminal domain ou CTD; la sérine 5 a déjà été phosphorylée au moment de l'initiation de la transcription). Le changement de conformation aboutit à recruter de nouveaux facteurs (PAF et TFIIS) qui vont permettre à l'ARNpol II de repartir. Le brin d'ADN matrice perd son inclinaison et la base qui va permettre le recrutement du prochain ribonucléotide se replace dans le site actif de la polymérase.
Reste à mieux comprendre quels "signaux" sont nécessaires pour lever la pause transcriptionnelle par recrutement de P-TEFb. On sait par exemple que le facteur de transcription (et oncogène) c-myc joue ce rôle pour certains gènes, mais ce ne doit pas être le seul.
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