comment un gène, qui consiste en une chaîne D’ADN cachée dans le noyau d’une cellule, sait-il quand il doit s’exprimer? Comment ce gène provoque-t-il la production d’une chaîne d’acides aminés appelée protéine? Comment les différents types de cellules savoir quels types de protéines qu’ils doivent fabriquer? Les réponses à ces questions résident dans l’étude de l’expression des gènes., Ainsi, cette collection ou articles commence par montrer comment une chaîne d’ADN calme et bien gardée est exprimée pour fabriquer de l’ARN, et comment l’ARN messager est traduit du codage des acides nucléiques au codage des protéines pour former une protéine. En cours de route, l’ensemble d’articles examine également la nature du code génétique, comment les éléments du code ont été prédits et comment les codons réels ont été déterminés.
ensuite, nous passons à la régulation des gènes. Les gènes ne peuvent pas contrôler un organisme par eux-mêmes; ils doivent plutôt interagir avec l’environnement de l’organisme et y répondre., Certains gènes sont constitutifs, ou toujours « actifs », quelles que soient les conditions environnementales. Ces gènes sont parmi les éléments les plus importants du génome d’une cellule, et ils contrôlent la capacité de l’ADN à se répliquer, à s’exprimer et à se réparer. Ces gènes contrôlent également la synthèse des protéines et une grande partie du métabolisme central d’un organisme. En revanche, les gènes régulés ne sont nécessaires qu’occasionnellement-mais comment ces gènes sont-ils activés et désactivés? Quelles molécules spécifiques contrôlent lorsqu’elles sont exprimées?
Il s’avère que la régulation de ces gènes diffère entre les procaryotes et les eucaryotes., Pour les procaryotes, la plupart des protéines régulatrices sont négatives et désactivent donc les gènes. Ici, les cellules dépendent de la liaison protéine–petite molécule, dans laquelle un ligand ou une petite molécule signale l’état de la cellule et si l’expression génique est nécessaire. La protéine répressive ou activatrice se lie près de sa cible régulatrice: le gène. Certaines protéines régulatrices doivent avoir un ligand attaché à elles pour pouvoir se lier, tandis que d’autres sont incapables de se lier lorsqu’elles sont attachées à un ligand. Chez les procaryotes, la plupart des protéines régulatrices sont spécifiques à un gène, bien qu’il existe quelques protéines qui agissent plus largement., Par exemple, certains répresseurs se lient près du début de la production d’ARNm pour un opéron entier, ou un groupe de gènes corégulés. En outre, certains répresseurs ont un système de réglage fin connu sous le nom d’atténuation, qui utilise la structure de l’ARNm pour arrêter à la fois la transcription et la traduction en fonction de la concentration des enzymes du produit final d’un opéron. (Chez les eucaryotes, il n’y a pas d’équivalent exact de l’atténuation, car la transcription se produit dans le noyau et la traduction se produit dans le cytoplasme, rendant ce type d’effet coordonné impossible.,) Encore une autre couche de régulation procaryotique affecte la structure de L’ARN polymérase, qui active de grands groupes de gènes. Ici, le facteur sigma de L’ARN polymérase change plusieurs fois pour produire des spores résistantes à la chaleur et à la dessiccation. Ici, les articles sur la régulation procaryotique approfondissent chacun de ces sujets, conduisant à la littérature primaire dans de nombreux cas.
Pour les eucaryotes, les différences cellule-cellule sont déterminées par l’expression de différents ensembles de gènes., Par exemple, un ovule fécondé indifférencié ressemble et agit très différemment d’une cellule cutanée, d’un neurone ou d’une cellule musculaire en raison des différences dans les gènes exprimés par chaque cellule. Une cellule cancéreuse agit différemment d’une cellule normale pour la même raison: elle exprime différents gènes. (En utilisant l’analyse de microréseaux, les scientifiques peuvent utiliser ces différences pour aider au diagnostic et à la sélection du traitement approprié du cancer.) Fait intéressant, chez les eucaryotes, l’état par défaut de l’expression des gènes est « off » plutôt que « on », comme chez les procaryotes. Pourquoi est-ce le cas?, Le secret réside dans la chromatine, ou le complexe de protéines D’ADN et d’histones présentes dans le noyau cellulaire. Les histones sont parmi les protéines les plus conservées sur le plan évolutif; elles sont vitales pour le bien-être des eucaryotes et ne changent guère. Lorsqu’un gène spécifique est étroitement lié à l’histone, ce gène est « éteint. »Mais comment, alors, les gènes eucaryotes parviennent-ils à échapper à ce silence? C’est là que le code histone entre en jeu., Ce code inclut des modifications des acides aminés chargés positivement des histones pour créer des domaines dans lesquels L’ADN est plus ouvert et d’autres dans lesquels il est très étroitement lié. La méthylation de l’ADN est un mécanisme qui semble être coordonné avec les modifications des histones, en particulier celles qui conduisent au silence de l’expression génique. Les petits ARN non codants tels que les Arni peuvent également être impliqués dans les processus de régulation qui forment la chromatine « silencieuse »., D’autre part, lorsque les queues des molécules d’histone sont acétylées à des endroits spécifiques, ces molécules ont moins d’interaction avec L’ADN, le laissant ainsi plus ouvert. La réglementation de l’ouverture de tels domaines est un sujet brûlant dans la recherche. Par exemple, les chercheurs savent maintenant que les complexes de protéines appelés complexes de remodelage de la chromatine utilisent L’ATP pour reconditionner L’ADN dans des configurations plus ouvertes. Les scientifiques ont également déterminé qu’il est possible pour les cellules de maintenir le même code d’histone et les mêmes schémas de méthylation de l’ADN à travers de nombreuses divisions cellulaires., Cette persistance sans dépendre de l’appariement de base est appelée épigénétique, et il existe de nombreuses preuves que les changements épigénétiques causent de nombreuses maladies humaines.
Pour que la transcription se produise, la zone autour d’une zone de transcription prospective doit être déroulée. Il s’agit d’un processus complexe nécessitant la coordination des modifications des histones, la liaison au facteur de transcription et d’autres activités de remodelage de la chromatine. Une fois que l’ADN est ouvert, des séquences D’ADN spécifiques sont alors accessibles pour que des protéines spécifiques se lient., Beaucoup de ces protéines sont des activateurs, tandis que d’autres sont des répresseurs; chez les eucaryotes, toutes ces protéines sont souvent appelées facteurs de transcription (ft). Chaque TF possède un domaine de liaison à L’ADN spécifique qui reconnaît un motif de 6 à 10 paires de bases dans l’ADN, ainsi qu’un domaine effecteur. Dans le tube à essai, les scientifiques peuvent trouver une empreinte D’un TF si cette protéine se lie à son motif correspondant dans un morceau d’ADN. Ils peuvent également voir si la liaison TF ralentit la migration de l’ADN dans l’électrophorèse sur gel.,
Pour un TF activateur, le domaine effecteur recrute L’ARN polymérase II, la polymérase productrice d’ARNm eucaryote, pour commencer la transcription du gène correspondant. Certains TFs activants activent même plusieurs gènes à la fois. Tous les TFs se lient aux promoteurs juste en amont des gènes eucaryotes, semblables aux protéines régulatrices bactériennes. Cependant, ils se lient également à des régions appelées enhancers, qui peuvent être orientés vers l’avant ou vers l’arrière et situés en amont ou en aval ou même dans les introns d’un gène, et activent toujours l’expression des gènes., Parce que de nombreux gènes sont corégulés, l’étude de l’expression des gènes à travers le génome entier via des puces à puces ou un séquençage massivement parallèle permet aux chercheurs de voir quels groupes de gènes sont corégulés pendant la différenciation, le cancer et d’autres États et processus.
La plupart des eucaryotes utilisent également de petits ARN non codants pour réguler l’expression des gènes. Par exemple, l’enzyme Dicer trouve des régions à double brin d’ARN et découpe des morceaux courts pouvant jouer un rôle régulateur. L’Argonaute est une autre enzyme importante dans la régulation des petits systèmes ARN–dépendants non codants., Ici, nous offfer un article d’introduction sur ces ARN, mais plus de contenu est nécessaire; veuillez contacter les éditeurs si vous êtes intéressé à contribuer.
L’empreinte est encore un autre processus impliqué dans la régulation des gènes eucaryotes; ce processus implique le silence de l’un des deux allèles d’un gène pendant toute la durée de vie d’une cellule. L’impression affecte une minorité de gènes, mais plusieurs régulateurs de croissance importants sont inclus. Pour certains gènes, la copie maternelle est toujours réduite au silence, tandis que pour différents gènes, la copie paternelle est toujours réduite au silence., Les marques épigénétiques placées sur ces gènes lors de la formation d’ovules ou de spermatozoïdes sont fidèlement copiées dans chaque cellule suivante, affectant ainsi ces gènes tout au long de la vie de l’organisme.
encore un autre mécanisme qui fait que certains gènes soient réduits au silence pendant toute la vie d’un organisme est l’inactivation X. Chez les mammifères femelles, par exemple, l’une des deux copies du chromosome X est éteint et compacté grandement., Ce processus d’arrêt nécessite la transcription, la participation de deux ARN non codants (dont l’un recouvre le chromosome X inactif) et la participation d’une protéine de liaison à l’ADN appelée CTCF. Comme le rôle possible des ARN non codants réglementaires dans ce processus est étudié, plus d’informations concernant L’inactivation X seront sans aucun doute découvertes.