Expression génétique

L'expression des gènes, encore appelée expression génique ou expression génétique, désigne l'ensemble des processus biochimiques par lesquels l'information héréditaire stockée dans un gène est lue pour aboutir à la fabrication de molécules qui auront un rôle actif dans le fonctionnement cellulaire, comme les protéines ou les ARN.

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Même si toutes les cellules d'un organisme partagent le même génome, certains gènes ne sont exprimés que dans certaines cellules, à certaines périodes de la vie de l'organisme ou sous certaines conditions. La régulation de l'expression génétique est donc le mécanisme fondamental permettant la différenciation cellulaire, la morphogenèse et l'adaptabilité d'un organisme vivant à son environnement. Les multiples mécanismes moléculaires épigénétiques qui permettent cette régulation interviennent à toutes les étapes du décodage de l'ADN : depuis la condensation de la chromatine, la méthylation de l'ADN, la transcription de l'ADN en ARNm, le transport et la dégradation de ce dernier, la traduction de l'ARNm en protéine jusqu'à la phase de modification post-traductionnelle de la protéine codée par ledit gène.

À l'inverse, il existe des gènes qui sont exprimés de façon à peu près identique dans toutes les cellules d'un organisme, quelles que soient les conditions, on les dénomme « gènes constitutifs » ou encore « gènes ménagers » (housekeeping genes en anglais).

On peut utiliser des gènes rapporteurs pour étudier cette régulation des gènes.

Mécanisme

Transcription

La transcription est le mécanisme cellulaire permettant de recopier un gène, présent sur l’ADN génomique, en molécule d’ARN. L’ADN génomique étant constitué de deux brins complémentaires antiparallèles, l’un de ces brins sera utilisé comme brin transcrit et le second comme brin codant lors de la transcription. L’ARN transcrit sera en tout point identique au brin codant à l’exception qu’il sera composé d’acide ribonucléique à la place d’acide désoxyribonucléique et que la thymine (T) sera remplacée par l’uracile (U).

La production de la copie d’ARN à partir de l’ADN est effectuée par l’ARN polymérase, qui ajoute les nucléotides d’ARN l’un après l’autre, en utilisant le brin transcrit comme modèle, en respectant l’appariement entre les bases azotées (la guanine avec la cytosine et l’adénine avec la thymine ou l’uracile). Tout comme l’ADN polymérase, l’ARN polymérase lit le brin transcrit de l’extrémité 3' à l’extrémité 5' et synthétise le brin d’ARN de l’extrémité 5' à l’extrémité 3'. Mais contrairement à celle-ci, l’ARN polymérase ne possède pas d’activité exonucléase lui permettant de corriger les erreurs qui surviennent. De plus, l’ARN polymérase n’a pas besoin d’une amorce comme point de départ pour commencer à polymériser l’ARN. Chez les eucaryotes, il existe trois types d’ARN polymérase : l’ARN polymérase I qui est responsable de la synthèse de l’ARN ribosomique, l’ARN polymérase II qui transcrit l’ADN en ARN pré-messager et l’ARN polymérase III responsable de la production des ARN courts comme les ARN de transferts, les petits ARN nucléaires et l’ARN ribosomique 5S. Contrairement aux eucaryotes, les procaryotes possèdent un seul type d’ARN polymérase permettant la synthèse de tous les types d’ARN.

La transcription se passe dans le cytoplasme chez les procaryotes et dans le noyau chez les eucaryotes. Elle débute chez les procaryotes lorsque la sous-unité σ de la polymérase reconnait la boite de Pribnow [TATAAT], se fixe sur l’ADN et recrute les autres sous-unité de la polymérase. Chez les eucaryotes, pour amorcer la transcription, un ensemble de protéines appelées facteur de transcription doit reconnaitre le promoteur du gène afin de recruter la polymérase. Lorsque les étapes d’initiation sont terminées, la polymérase va synthétiser le brin d’ARN à une vitesse d’environ 40 nucléotides par seconde chez les eucaryotes. L’élongation se poursuit jusqu’à ce que la polymérase atteigne le signal de terminaison qui diffère entre les procaryotes et les eucaryotes. Chez les procaryotes, le terminateur est composé de séquence d’ADN riche en liaisons G-C qui forme des 3 liaisons hydrogène ce qui ralentit la progression de l’ARN polymérase. D’autre part, la formation d’une boucle en épingle à cheveux entre 2 régions complémentaire de l’ARN bloque la polymérase et un facteur de terminaison libère la molécule d’ARN, qui ne requiert aucune modification pour être traduite. Chez les eucaryotes, la terminaison est assurée par un signal de polyadénylation (AAUAAA). L’ARN polymérase II ajoutera de 10 à 35 nucléotides supplémentaires après la fin du signal et des protéines associées au transcrit en croissance séparent celui-ci de la polymérase. La transcription terminée, l’ARN pré-messagé obtenu devra subir des étapes de maturation avant d’être traduit en protéine[1].

Notes et références
  1. Jane Reece, Lisa Urry, Micheal Cain, Steaven Wasserman, Peter Minorsky et Robert Jackson, Campbell biologie, Québec, Édition du renouveau pédagogique, , 1458 p. (ISBN 978-2-7613-2856-2), p. 384-386

Voir aussi

Articles connexes

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