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10.11:

Régulation combinée de l'expression génique

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Molecular Biology
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Combinatorial Gene Control

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L’expression de la plupart des gènes est régulée par plus d’un facteur de transcription, de nombreux gènes étant activés ou désactivés à l’aide de différentes combinaisons de protéines. Ce contrôle du gène combinatoire permet aux eucaryotes de contrôler précisément la transcription. Le contrôle du gène combinatoire peut réguler si un gène est transcrit, ainsi que son efficacité transcriptionnelle.Considérons trois facteurs de transcription, A, B et C, qui affectent la transcription d’un gène X.Si A est absent, le gène X ne sera pas transcrit. Si C est absent, le gène X ne sera pas transcrit. Et si B est absent, l’efficacité de la transcription diminuera.Par conséquent, la combinaison des trois régulateurs est nécessaire pour des niveaux élevés de transcription du gène X.Un régulateur transcriptionnel peut participer à la régulation de plusieurs gènes. A avec B et C a provoqué la transcription du gène X, mais A avec un autre facteur de transcription, D, peut stimuler la transcription d’un gène différent, Y.Cela permet à quelques facteurs de transcription de réguler un grand nombre de gènes. Les facteurs de transcription sont classés en différentes familles et peuvent fonctionner en synergie, soit avec d’autres protéines de la même famille, soit avec celles de familles différentes.Les facteurs de transcription appartenant à la famille Pou régulent des gènes avec une variété de fonctions, allant de l’entretien à la différenciation cellulaire. Cependant, il y a très peu de protéines dans cette famille avec seulement 15 chez les humains. Leur capacité à exécuter leurs diverses fonctions dépend de leur coordination avec d’autres facteurs de transcription de différentes familles.Le contrôle du gène combinatoire est nécessaire pour la reprogrammation in vitro des cellules différenciées. L’expression des facteurs de transcription oct-4, Sox-2, KLF-4 et c-Myc dans les cellules somatiques peut déclencher la conversion en cellules souches. La reprogrammation ne se produit pas en l’absence de l’une des trois premières protéines.Et l’absence de c-Myc entraîne une reprogrammation à faible efficacité. Le contrôle combinatoire des quatre facteurs est nécessaire pour la formation de cellules souches pluripotentes induites.

10.11:

Régulation combinée de l'expression génique

Le contrôle génique combinatoire est l’action synergique de plusieurs facteurs transcriptionnels pour réguler l’expression d’un seul gène. L’absence d’un ou plusieurs de ces facteurs peut entraîner une différence significative dans le niveau d’expression ou de répression des gènes.

L’expression de plus de 30 000 gènes est contrôlée par environ 2 000 à 3 000 facteurs de transcription. Ceci est possible car un seul facteur de transcription peut reconnaître plus d’une séquence régulatrice. La spécificité de l’expression des gènes se produit grâce à ces protéines qui travaillent les unes avec les autres dans diverses combinaisons pour réguler l’expression de différents gènes. 

Le contrôle génétique combinatoire s’effectue par le biais de plusieurs mécanismes différents. Chez la levure, trois mécanismes différents ont été décrits. Dans le système d’activation d’attente, tous les facteurs de transcription nécessaires pour réguler l’expression d’un gène se lient à l’ADN et n’activent la transcription que lorsqu’ils reçoivent un signal. Par exemple, les facteurs de transcription qui régulent les gènes nécessaires à la fin de la phase G1 du cycle cellulaire se lient au site de régulation de leurs gènes cibles au début de G1. Cependant, ils n’induisent la transcription que lorsqu’une cycline-protéine kinase est activée à la fin de la phase G1. 

Dans le contrôle combinatoire en phase conjointe, les facteurs de transcription requis principalement pour une phase particulière du cycle cellulaire restent attachés à la séquence régulatrice tout au long du cycle cellulaire et participent de manière coopérative à la régulation des gènes au cours d’autres phases. Par exemple, SBF et Fkh2 sont deux facteurs de transcription qui sont principalement impliqués dans la régulation des gènes qui doivent être exprimés respectivement dans les phases G1 et G2. Cependant, certains gènes essentiels qui doivent être exprimés en phase S sont également régulés par l’action combinée de SBF et Fkh2.

La combinaison de processus conjoints implique l’utilisation d’un seul facteur de transcription aidé par différentes combinaisons d’autres facteurs de transcription pour la régulation de différents processus cellulaires. Par exemple, les facteurs de transcription qui régulent l’expression des gènes nécessaires à la phase G1 du cycle cellulaire, participent également à la régulation des gènes nécessaires au processus d’accouplement en association avec un ensemble différent de régulateurs.

Suggested Reading

  1. Reményi, A., Schöler, H. R., & Wilmanns, M. (2004). Combinatorial control of gene expression. Nature structural & molecular biology, 11(9), 812-815.
  2. Qi, H., & Pei, D. (2007). The magic of four: induction of pluripotent stem cells from somatic cells by Oct4, Sox2, Myc and Klf4. Cell research, 17(7), 578-580.
  3. Godini, R., & Fallahi, H. (2019). Dynamics changes in the transcription factors during early human embryonic development. Journal of cellular physiology, 234(5), 6489–6502. https://doi.org/10.1002/jcp.27386
  4. Kato, M., Hata, N., Banerjee, N., Futcher, B., & Zhang, M. Q. (2004). Identifying combinatorial regulation of transcription factors and binding motifs. Genome biology, 5(8), R56.