13.11: Transcription

Aperçu

La transcription est le processus de synthèse de l’ARN à partir d’une séquence d’ADN par l’ARN polymérase. C’est la première étape dans la production d’une protéine à partir d’une séquence de gènes. En outre, beaucoup d’autres protéines et séquences de régulation sont impliquées dans la synthèse appropriée de l’ARN messager (ARNm). La régulation de la transcription est responsable de la différenciation de tous les différents types de cellules et souvent de la réponse cellulaire appropriée aux signaux environnementaux.

La transcription peut produire différents types de molécules d’ARN

Chez les eucaryotes, l’ADN est d’abord transcrit dans un ARN primaire, ou pré-ARNm, qui peut être transformé en ARNm mature pour servir de modèle à la synthèse des protéines. Dans les procaryotes tels que les bactéries, cependant, la traduction de l’ARN en polypeptides peut commencer pendant que la transcription est toujours en cours, puisque l’ARN peut être rapidement dégradé. La transcription peut également produire différentes sortes de molécules d’ARN qui ne codent pas pour des protéines, telles que les microARN, l’ARN de transfert (ARNt) et l’ARN ribosomal (ARNr), qui contribuent tous à la synthèse des protéines.

La régulation de la transcription est au cœur du développement

À quelques exceptions près, toutes les cellules du corps humain contiennent les mêmes informations génétiques, allant des neurones du cerveau aux cellules musculaires du cœur. Alors, comment les cellules assument-elles des formes et des fonctions aussi diverses ? Dans une large mesure, la réponse réside dans la régulation de la transcription pendant le développement de l’organisme. Plus précisément, la régulation transcriptionnelle joue un rôle central dans la différenciation cellulaire — le processus de production de cellules spécialisées, telles que les cellules musculaires, à partir de cellules précurseurs moins spécialisées. Pour produire des cellules spécialisées, certains gènes doivent être allumés et d’autres éteints dans les cellules précurseurs.

Ce processus de différenciation cellulaire est orchestré par des protéines liant l’ADN appelées facteurs de transcription qui contrôlent le niveau de transcription des gènes pouvant déterminer le destin cellulaire. Par exemple, à un stade précoce pendant le développement des vertébrés, les cellules de la couche d’ectoderme de l’embryon en développement reçoivent plusieurs signaux d’induction de protéines telles que BMP, WNT et SHH. Ces signaux activent les facteurs de transcription qui allument ou éteignent un groupe de gènes. De cette façon, la régulation transcriptionnelle détermine si les cellules ectodermiques deviennent des cellules cutanées ou des cellules du système nerveux.

Répondre à l’environnement nécessite souvent des changements transcriptionnels

Les environnements sont rarement stables pendant de longues périodes. Prenons, par exemple, les changements de température, de précipitations et de disponibilité alimentaire auxquels une plante est exposée d’un jour à l’autre, et parfois d’une heure à l’autre. Pour fonctionner correctement, les organismes individuels doivent réagir à ces changements environnementaux en ajustant des traits clés, tels que leurs taux de croissance, leur immunité ou leur comportement. Ces ajustements nécessitent souvent d’augmenter ou de diminuer le niveau de transcription d’un grand nombre de gènes. Par exemple, lorsqu’elles sont exposées à des conditions de sécheresse, les plantes Arabidopsis thaliana ajustent rapidement la transcription de centaines de gènes afin d’augmenter la croissance des racines et donc de récupérer autant d’eau que possible à partir du sol.

La transcription est le mécanismede synthèse de l'ARN depuis un modèle d'ADN. Dans le noyau, le complexe de pré-initiationde la transcriptions'assemble autour du site promoteur d'un gène,- incluant un site de liaisondes facteurs de transcription généraux,ici une boîte TATA, un site de liaisonpour l'ARN polymérase,et du site d'initiation de la transcription. Une fois que les composants nécessaires sont liés,le complexe de pré-initiation déroule une petite portionde l'ADN en amont du site d'initiation de la transcription,et l'ARN polymérase débute la productiond'un nouveau brin d'ARNm.

Les nucléotides sont ajoutés un par unet la synthèse de l'ARNm a lieu en partantde l'extrémité 5' vers la 3' du brin modèle. Le nouveau brin d'ARNm crééreprésente une copie de l'information du brin codant,sauf que les thymidines sont remplacées par les uraciles. La synthèse continuera jusqu'à arriver àla séquence de terminaison, ce qui libérera le nouvel ARNmpour permettre un nouveau traitement.