Liaison coopérative et facteurs trans-régulateurs

Les régulateurs transcriptionnels se lient à des séquences régulatrices cis spécifiques dans l’ADN pour réguler la transcription des gènes. Ces séquences régulatrices cis sont très courtes, généralement inférieures à dix paires de nucléotides. La courte longueur signifie qu’il y a une forte probabilité que la même séquence se produise de manière aléatoire dans tout le génome. Étant donné que les régulateurs peuvent également se lier à des groupes de séquences similaires, cela augmente encore les chances de liaison aléatoire. Les régulateurs transcriptionnels forment des dimères qui se lient à une séquence deux fois plus longtemps qu’un monomère se lie, augmentant les séquences et réduisant les chances de liaison aléatoire. Les dimères régulateurs de transcription peuvent être des homodimères ou des hétérodimères. En solution, ces régulateurs coopératifs existent soit sous forme de monomères soit faiblement dimères liés. Cependant, lorsque ces monomères se lient à une séquence régulatrice cis étendue sur l’ADN, ils forment des dimères stables.

La coopérativité est un phénomène où la liaison d’une protéine monomère provoque des modifications structurelles de l’ADN et augmente l’affinité des sites de régulation’ pour d’autres monomères. Cela permet aux monomères de se lier sous forme de dimères sur la séquence régulatricecis.  Ce phénomène aide également les régulateurs à accéder à des sites situés sur l’ADN étroitement lié aux protéines histones du nucléosome, qui seraient autrement inaccessibles. La première liaison se produit généralement à l’ADN à l’extrémité du nucléosome, où il n’est pas étroitement lié. La liaison à ce site entraîne l’éloignement de l’ADN des histones, entraînant ainsi le déballage du nucléosome. Ce déballage augmente l’accès aux autres sites réglementaires. Chez les eucaryotes, la liaison au facteur de transcription dépend principalement de la coopérativité.  Bien que la coopérativité puisse se produire dans certains cas, la plupart des liaisons des régulateurs transcriptionnels chez les procaryotes sont non coopératives. Dans de tels cas, les régulateurs existent sous forme de dimères stables maintenus ensemble par plusieurs interactions non covalentes.

Il est possible de déterminer si un régulateur inconnu se lie de manière coopérative ou non en traçant le nombre de sites de liaison occupés sur l’ADN en fonction de la concentration en protéines. Si le tracé est une courbe en forme de S, cela indique que le régulateur se lie de manière coopérative aux sites de liaison.  Si la courbe monte régulièrement avant de se stabiliser à mesure qu’elle s’approche de tous les sites de liaison occupés, cela indique que la liaison n’est pas coopérative.