Galerie de cartes mentales Biologie-Régulation transcriptionnelle chez les eucaryotes
Il s'agit d'une carte mentale sur la régulation transcriptionnelle des eucaryotes, y compris les similitudes et les différences avec les procaryotes, le domaine de liaison à l'ADN des eucaryotes, etc.
Modifié à 2023-11-24 18:18:26Régulation transcriptionnelle chez les eucaryotes
Similitudes et différences avec les procaryotes
même
Les principes de régulation sont les mêmes : la stimulation des signaux externes, les activateurs et inhibiteurs intracellulaires transmettent des signaux et fonctionnent par recrutement, allostérie et liaison synergique.
La régulation se produit à des étapes similaires : principalement lors de l’initiation de la transcription
différent
La régulation eucaryote peut se produire au stade de l'épissage pré-ARNm, ce qui n'est pas possible dans la régulation procaryote.
La machinerie de transcription eucaryote est plus complexe et soumise à une régulation plus diversifiée
Les nucléosomes et leurs modifications influencent la transcription des gènes
De nombreux gènes eucaryotes possèdent plusieurs sites de liaison aux protéines régulatrices et sont donc régulés par davantage de protéines régulatrices.
Expériences prouvant que le domaine de liaison à l'ADN et le domaine d'activation transcriptionnelle de l'activateur sont distincts
Objet expérimental : Activateur Gal4 des cellules eucaryotes, capable d'activer la transcription du gène galactose de Saccharomyces cerevisiae
① Expérience d'échange de domaine : La protéine obtenue en exprimant le fragment du gène Gal4 (N-terminal 1/3) peut se lier normalement à l'ADN, mais ne peut pas activer le processus de transcription. Une telle protéine contient un domaine de liaison à l'ADN mais ne dispose pas d'un domaine d'activation, de sorte que les domaines de liaison à l'ADN et d'activation transcriptionnelle de Gal4 peuvent fonctionner séparément.
② Expérience à deux hybrides de levure : construire un gène hybride qui fusionne la séquence C-terminale 2/3 codant pour la protéine Gal4 avec le domaine de liaison à l'ADN de la protéine inhibitrice bactérienne LexA. La protéine résultante est exprimée dans la levure avec le même plasmide rapporteur. Il existe un site de liaison LexA en amont du promoteur du plasmide Gal4, et la protéine de fusion peut activer la transcription de ce rapporteur. Les expériences montrent que l'activation n'est pas uniquement médiée par la liaison à l'ADN, mais au contraire. consiste uniquement à lier le domaine d'activation associé au promoteur.
Domaines de liaison à l'ADN eucaryote
① Protéines de domaine homotype : un type de protéine avec un domaine de liaison à l'ADN à motif hélice-hélice qui se lie à l'ADN de la même manière que les protéines régulatrices bactériennes
② Domaine de liaison à l'ADN contenant du zinc
protéine à doigt de zinc
Type C4 : L'atome de zinc coopère avec quatre cystéines pour former un domaine de reconnaissance d'ADN similaire à l'hélice-tour-hélice.
Type C2H2 : l'atome de zinc interagit avec le handicap de la cystéine et l'histidine pour maintenir intact le domaine de liaison à l'ADN
domaine du cluster de zinc
③Domaine de fermeture éclair de leucine : cette protéine contient à la fois une surface de dimérisation et une surface de liaison à l'ADN. Dimérisation : interaction avec la surface hydrophobe (leucine) de l'hélice alpha. Liaison de l'ADN : interaction avec le site de reconnaissance symétrique de l'ADN, se fixant finalement sur l'ADN comme une pince ;
④ Domaine hélice-boucle-hélice (HLH) : la région hélicoïdale α étendue de chaque monomère est intégrée dans le sillon principal de l'ADN. Elle est similaire à la structure de la fermeture à glissière de leucine et peut également former des dimères et est appelée fermeture à glissière/base de base. protéine HLH sexuelle
⑤ Protéine de motilité à grande vitesse (HMG) : les crochets AY de la chaîne peptidique hautement conservée peuvent interagir avec le petit sillon de l'hélice de l'ADN et modifier de manière significative la conformation de la double hélice de l'ADN.
zone d'activation eucaryote
avec incertitude
Classification : ①Zone d'activation acide (la plus courante, Gal4) ②Zone riche en glutamine (SP1) ③Zone riche en proline (CTF1)
Mode d'action de l'activateur
Pas d'activation allostérique chez les eucaryotes
Recrutement
Pour le recrutement indirect de polymérase
Interagit avec une partie de la machinerie de transcription autre que la polymérase pour recruter la machinerie de transcription vers le gène
Recruter des modificateurs de nucléosomes pour modifier la structure de la chromatine à proximité des gènes et faciliter l'activation des gènes
Appareil de transcription
Polymérase et complexes protéiques multiples, y compris la protéine intermédiaire et le complexe TFIID
Expériences pour tester l'interaction entre activateurs et protéines
Expérience d'immunoprécipitation de la chromatine ChIP : la puce est utilisée pour voir avec quelle partie du génome une protéine régulatrice interagit
Expérience de contournement de l'activateur : l'activateur recrute directement la protéine médiatrice dans l'ADN pour activer la transcription et active la transcription via la connexion directe entre la protéine médiatrice et l'ADN.
modifications du nucléosome
Rôle : Recrute directement les machines de transcription pour aider à activer les gènes inaccessibles intégrés dans la chromatine
type de modificateur
Ajout de gènes chimiques, tels que des groupes acétyle, aux queues d'histone
Modificateurs qui remodèlent les nucléosomes, tels que SWI/SNF dépendant de l'activité ATP
Modèle qui facilite l'activation : le remodelage des nucléosomes expose les sites de liaison à l'ADN ; l'ajout de groupes acétyle aux queues d'histone crée de nouveaux sites de liaison aux protéines sur les nucléosomes et détend la structure de la chromatine.
agir à distance
Mode d'action
Certaines protéines aident, comme la cohésine
structure compactée par la chromatine
contrôle
Le gène de la globine exprime différents gènes locus à différents stades de développement.
L'élément régulateur LCR dans la région de contrôle du site se lie aux protéines régulatrices pour provoquer l'ouverture de la structure de la chromatine.
Action GCR dans une région de contrôle étendue chez la souris, régulation longue distance
synergie
sources collaboratives
Plusieurs activateurs recrutent chacun le même composant de l'appareil de transcription
Plusieurs activateurs recrutent chacun différents composants de l'appareil de transcription
Plusieurs activateurs interagissent pour aider à se lier aux sites en amont des gènes qu'ils régulent
Comment les activateurs se lient de manière coordonnée à l’ADN
Deux protéines coopèrent pour se lier à l’ADN par le biais d’interactions directes, également connues sous le nom de liaison coopérative « classique ».
Deux protéines interagissent avec une troisième protéine partagée pour obtenir des effets similaires
Manière indirecte par laquelle la liaison d'une protéine à un site d'ADN au sein d'un nucléosome favorise la liaison d'une autre protéine.
La première protéine recrute des molécules de remodelage des nucléosomes pour exposer le site de liaison de la deuxième protéine.
La première protéine se lie à son site, un site d’ADN qui se trouve à l’extérieur du nucléosome. La liaison déplie légèrement l'ADN nucléosomal pour exposer le site de liaison de la deuxième protéine.
Exemple d'intégration de signaux
Gène HO
Co-régulé par deux activateurs : SWI5 et SBF
SWI5 : recrute des modificateurs de nucléosomes (protéines de remodelage des nucléosomes) pour ouvrir le site de liaison SBF initialement protégé
SBF : actif uniquement dans la phase de transition G1/S du cycle cellulaire, recrutant des protéines intermédiaires
gène de l'interféron bêta humain
Exprimée lorsque le virus envahit les cellules, l’infection active trois activateurs
L'activateur se lie à l'activateur de manière synergique pour former un corps activateur, qui recrute ensuite le coactivateur CBP.
Contrôle combiné
Dans le contrôle combinatoire, les protéines activatrices travaillent avec les protéines répresseurs. activateur bactérien de la PAC
Régulation combinatoire des gènes de type sexuel chez S. cerevisiae
cellules haploïdes
une cellule
Produire des protéines régulatrices a1 et Mcm1
Le gène spécifique des cellules α est désactivé sans activateur pour s'y lier, le gène spécifique des cellules α est activé et Mcm1 se lie et active le gène.
cellules alpha
Produire les protéines régulatrices α1, α2 et Mcm1
Le gène spécifique des cellules α est activé et Mcm1 se lie en amont du promoteur et active l'expression du gène. Mcm1 se lie à un site de liaison faible et ne fonctionne qu'avec le monomère α1. un gène spécifique à une cellule reste désactivé en raison de la présence du répresseur α2
Caractéristiques du répresseur α2 : ① Il couvre l'étincelle de Mcm1 pour empêcher l'expression des protéines, ② Il supprime également efficacement ces gènes.
Cellules diploïdes a/α : les gènes spécifiques aux cellules a et les gènes spécifiques aux cellules α sont désactivés, et les gènes spécifiques aux haploïdes sont désactivés par α2 dans les cellules diploïdes
Mode d'action de l'inhibiteur
Compétition : Compétition avec l'activateur pour le site de liaison. En se liant à des sites superposés qui lient les activateurs, les répresseurs inhibent la liaison des activateurs aux gènes, bloquant ainsi l'activation des gènes.
Inhibition : inhibe la fonction activateur. L'inhibiteur se lie à un site proche de l'activateur et interagit avec l'activateur, bloquant stériquement sa région d'activation.
Inhibition directe : rivalise avec l'activateur pour la liaison à la polymérase. Le facteur inhibiteur se lie au site en amont du gène et inhibe l'initiation de la transcription en agissant de manière particulière avec l'appareil de transcription.
Inhibition indirecte : recrutement de modificateurs nucléosomiques. Réprime la transcription en recrutant des enzymes modifiant les histones pour modifier les nucléosomes. Tels que la modification de la méthylation et l'action de la désacétylase.
Signalisation
Exemples de voies de signalisation
Voie STAT : Lorsque le récepteur est activé par un ligand, les deux chaînes de récepteurs se rassemblent, déclenchant l'activation de kinases dans chaque chaîne pour phosphoryler une séquence spéciale dans la région cellulaire du récepteur. Ce site de phosphorylation est ensuite reconnu par le STAT. protéine , la protéine est également phosphorylée de manière aléatoire, puis se dimérise et se déplace vers le noyau pour se lier à l'ADN.
La voie de la protéine kinase activée par le mitogène (MAPK) qui contrôle l'activateur : Jun amène l'activateur à agir sur l'amplificateur de l'interféron bêta, et le récepteur activé induit une série d'événements de signalisation qui conduisent finalement à l'activation de la MAPK, et la MAPK phosphoryle davantage Jun.
Voie de signalisation : Le signal/ligand initial se lie au domaine extracellulaire du récepteur spécifique à la surface cellulaire → le signal est transmis au domaine intracellulaire du récepteur (par allostérie ou dimérisation du récepteur) → le signal est ensuite transmis de manière relais vers le régulateur transcriptionnel concerné → le régulateur transcriptionnel contrôle l'expression du gène cible
Mécanismes par lesquels les signaux contrôlent l'activité des régulateurs transcriptionnels dans les cellules eucaryotes
Exposition à la zone d'activation : ① Les changements dans la conformation de la zone d'activation révèlent la zone d'activation initialement masquée ; ② Libération de la protéine initialement protégée ; ③ Certaines protéines de protection bloquent non seulement la zone d'activation de l'activateur, mais recrutent/agissent également comme désacétylase pour empêcher le gène ; expression
Les activateurs sont transportés vers le noyau pour exercer leurs effets
Le processus en cascade des kinases conduit finalement à la phosphorylation du régulateur nucléaire
Le récepteur activé est clivé par les protéases et la partie C-terminale du récepteur pénètre dans le noyau et active l'élément régulateur