10.2: La régulation de l'expression se produit à plusieurs étapes

L'expression des gènes peut être régulée à presque chaque étape, du gène à la protéine. La transcription est l’étape la plus couramment réglementée. Cela implique la liaison des protéines à de courtes séquences régulatrices de l’ADN. Cette association peut soit favoriser, soit inhiber la transcription d'un gène associé à la séquence respective.

La transcription entraîne la génération d'un précurseur (pré-ARNm) composé à la fois d'exons et d'introns, qui nécessite un traitement supplémentaire avant d'être traduit en protéine. Cela se produit grâce à l’épissage de l’ARNm, qui implique la suppression des régions non codantes et la fusion des régions codantes. Le traitement de l'ARNm peut également être utilisé comme mécanisme de régulation grâce à la variation des modèles d'épissage tels que le saut de certains exons, l'épissage alternatif et l'inclusion d'introns.

L’ajout d’une queue poly-A à l’extrémité 3’ et d’un capuchon 5’ pour produire l’ARNm mature sont également des points de régulation lors du traitement de l’ARN. La régulation se produit par variation du signal de polyadénylation, qui détermine où la queue poly-A sera ajoutée sur l'ARNm. Dans certains cas, plus d’un signal poly-A est présent à l’extrémité 3’, ce qui modifiera la longueur de la région 3’ non traduite, mais le produit protéique final sera le même. Cependant, la stabilité et le potentiel de traduction des variantes d'ARNm peuvent différer, ce qui peut modifier la quantité de protéine produite. Dans d'autres cas, un signal poly-A supplémentaire est présent sur l'intron ou l'exon dans la séquence du gène, ce qui peut entraîner une variation des sites d'épissage pour la polyadénylation et aboutir à des protéines différentes du même brin de pré-ARNm. L'ajout des 5 Le capuchon, constitué de guanosine méthylée, est régulé par deux mécanismes. L’une implique la régulation des méthyltransférases qui ajoutent le groupe méthyle à la guanosine, et l’autre passe par la régulation des voies de signalisation cellulaire qui conduisent à la méthylation.

Ensuite, l’ARNm mature doit être transporté du noyau vers le cytoplasme à travers des complexes de pores nucléaires (NPC) pour être traduit. Ceci est régulé par l’ARNm pour former un complexe, connu sous le nom de ribonucléoparticule, avec des protéines de liaison à l’ARN. Les PNJ permettent uniquement aux ARNm du complexe de passer dans le cytoplasme. Une fois qu'un ARNm entre dans le cytoplasme pour être traduit, il peut être ciblé individuellement ou en tant que partie d'un groupe via des régulations spécifiques, ou il peut subir une régulation commune avec tous les autres ARNm du cytoplasme. Dans la régulation spécifique, des éléments particuliers agissant en trans, comme les protéines et différents types d'ARN, régulent la transcription. Dans la régulation générale, les protéines impliquées dans la machinerie de traduction sont activées ou inhibées, ce qui affecte à son tour la traduction de tous les transcrits. Le mécanisme de régulation traductionnelle le plus courant est la modification du facteur d’initiation de la traduction.

L'expression des gènes peut également être régulée par des modifications post-traductionnelles, où une modification réversible catalysée par une enzyme peut altérer la fonction d'une protéine. Une modification post-traductionnelle courante est la phosphorylation, qui est réalisée par des enzymes appelées kinases. La déphosphorylation des protéines, quant à elle, est réalisée par des protéines appelées phosphatases. La phosphorylation d'une protéine peut entraîner son activation ou sa désactivation et altérer sa fonction.

Les cellules peuvent réguler précisément l'expression des gènes à chaque étape, de l'ADN à la protéine. Cette régulation se produit pendant la transcription, le traitement de l'ARN, la localisation et la dégradation, ainsi que pendant et après la traduction. La régulation transcriptionnelle est médiée par des protéines qui se lient aux séquences de régulation sur l'ADN.

Ces facteurs de transcription sont l'un des moyens les plus courants de contrôler l'expression des gènes et peuvent soit initier la transcription, soit l'empêcher. La transcription génère des pré-ARNm qui doivent être traités pour mûrir les ARNm par le biais de plusieurs processus régulateurs. L'épissage de l'ARNm, qui supprime les régions non-codante dans le précurseur ARNm et rejoint les régions codantes, contrôle l'expression génique par le biais de patrons d'épissage différentiels et de protéines de liaison à l'ARN.

L'addition d'une queue poly(A)et d'une coiffe 5 prime pour produire l'ARNm mature est également contrôlée. Ensuite, l'ARNm doit s'associer aux protéines de liaison à l'ARN pour former un complexe connu sous le nom de ribonucléoparticule. Ce processus est hautement régulé et seulement un ARNm qui existe dans une ribonucléoparticule peut être transporté du noyau vers le cytoplasme pour être traduit.

Le contrôle translationnel est un autre point crucial pour la régulation de l'expression des gènes. La régulation peut être spécifique, lorsqu'un seul ou un sous-ensemble d'ARNm sont impliqués, ou en général, là où la plupart des transcripts d'ARNm sont affectées. Dans une régulation spécifique, l'inhibition de la traduction est contrôlée par des interactions avec des éléments de transaction comme des protéines et certains types d'ARN, y compris les microARN et les petits ARN interférents.

En règle générale, les différentes protéines impliquées dans la machine de traduction sont activées ou inhibées, ce qui affecte toutes les transcriptions. Enfin, les modifications post-traductionnelles comme la phosphorylation peuvent activer ou désactiver des protéines tandis que d'autres comme l'ubiquitination peuvent conduire à leur dégradation. Par exemple, les protéines cyclines contiennent un signal de dégradation interne, qui ne peut être reconnu que par APC.

Cependant, ce signal n'est exposé que lorsqu'une cycline kinase phosphoryle un site spécifique dans la protéine cycline. Cela entraîne un changement conformationnel dans la protéine qui démasque son signal de dégradation, ce qui entraîne sa polyubiquitination et sa dégradation dans le protéasome.