Transcription (biologie)

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Transcription.
Transcription/Traduction

La transcription est un processus biologique ubiquitaire important dans la transmission de l'information cellulaire présente dans l'ADN. Elle se déroule dans le noyau d'une cellule (chez les eucaryotes) et consiste à copier des régions dites codantes de l'ADN en molécules d'ARN. En effet, si la molécule d'ADN est le support universel de l'information génétique, ce sont les molécules d'ARN messager qui sont reconnues par la machinerie de traduction en séquences protéiques. Par le biais de l'ARN messager, la cellule pourra par la suite fabriquer les protéines nécessaires à son bon fonctionnement.

L'enzyme qui catalyse cette réaction de transcription est appelée ARN polymérase. Il en existe plusieurs types chez les eucaryotes, intervenant dans la transcription de plusieurs types d'ARN (messager, ribosomique, de transfert, etc.) mais un seul type chez les procaryotes. Par exemple, chez les eucaryotes, c'est l'ARN polymérase II qui s'occupe de transcrire l'ADN en ARN pré-messager, tandis que l'ARN polymérase I permet la synthèse d'ARN ribosomique et l'ARN polymérase III s'occupe de la synthèse des ARN courts comme l'ARN de transfert (ARNt), les petits ARN (comme le pARNi ou le pARNn) et l'ARN ribosomique 5S (ARNr 5S). Chez les procaryotes, les ARN polymérase permettent la synthèse de tous types d'ARN.

Durant la transcription, l'ARN polymérase reconnaît et se fixe sur une région particulière de l'ADN, située en amont d'une région codante d'un gène : le site promoteur. Cette étape sera décrite plus en détail lors de la description de l'initiation, première étape de la transcription.

Après la transcription se déroulent la maturation de l'ARN (ou modification post-transcriptionnelle) et la traduction, les deux autres étapes importantes de la synthèse de protéines. Dans le cas des procaryotes en revanche, aucune maturation n'est nécessaire avant la traduction.

Lors de la maturation de l'ARN, la molécule d'ARN directement synthétisée à partir du modèle d'ADN (ARN pré-messager) est complétée par une queue (polyadénylation) et une extrémité 5' comportant plusieurs modifications chimiques : la coiffe. Le transcrit primaire d'ARN messager reste dans le noyau et est par la suite traité par un complexe enzymatique. Ce mécanisme s'appelle l'épissage : certaines séquences appelées introns sont excisées, et les parties restantes (exons) se relient ensuite entre elles. Pour un même transcrit d'ADN, des ARN pré-messager identiques peuvent cependant subir un épissage différent, codant alors par la suite pour différentes protéines. Ce phénomène est appelé épissage alternatif et permet d'augmenter le nombre de possibilités d'ARN messager mature, donc de protéines produites.

L'ARN produit suite à la maturation de l'ARN est un ARN messager mature : plus court, il peut ensuite passer dans le cytoplasme, où il est traduit en protéines à partir des acides aminés, en présence des ribosomes et des ARN de transfert (ARNt). Ce mécanisme s'appelle la traduction.

Chez les procaryotes[modifier | modifier le code]

La transcription a lieu dans le cytoplasme bactérien puisque c'est là que se trouve l'ADN (chromosome ou plasmide). Elle se déroule en 3 étapes distinctes : l'initiation, l'élongation et la terminaison.

  • Initiation :

Dans le promoteur, constitué d'environ 25 nucléotides et situé en amont de la séquence codante du brin matrice (brin d'ADN qui servira de brin complémentaire au nouveau brin d'ARN), se trouve le point de départ de la transcription. Le point de départ de la transcription est le nucléotide à partir duquel l'ARN polymérase commencera à transcrire le brin matrice. L'initiation s'effectue donc au niveau du promoteur, auquel l'ARN polymérase se fixe.

L'ARN polymérase bactérienne est constituée de 5 sous unités : 2 α, β, β' et σ[1]. La sous unité σ reconnaît une séquence consensus dans le promoteur du gène, classiquement, la boîte de Pribnow [TATAAT], puis se fixe sur l'ADN et recrute les autres parties du complexe enzymatique. Une fois l'ARN polymérase mise en place, la sous unité σ se détache du complexe et β' assure la liaison à l'ADN : c'est le complexe fermé. L'ARN polymérase déroule ensuite la double hélice sur 17 paires de bases environ : c'est le complexe ouvert.

  • Élongation :

Le complexe ouvert est formé afin qu'un nucléotide complémentaire d'ARN puisse se coupler à chaque nucléotide du brin matrice, le brin transcrit par la protéine. L'adénine du brin matrice sera alors couplée à de l'uracile (dans l'ARN, l'uracile remplace la thymine présente dans l'ADN), la thymine à de l'adénine, la guanine à de la cytosine et la cytosine à de la guanine.

Pour que la phase d'élongation commence, le départ de la sous unité σ est remplacé par une Nus A. Le complexe enzymatique synthétise alors le brin d'ARN complémentaire du brin matrice. Au fur et à mesure qu'elle avance sur le brin matrice, l'ARN polymérase continue de dérouler les deux brins d'ADN. Elle ajouté alors à l'extrémité 3' du brin synthétisé les nucléotides d'ARN complémentaires présents dans le milieu. Ceux-ci sont présents sous forme de nucléosides triphosphates, c'est-à-dire comportant trois groupements phosphate au lieu d'un seul : ils perdent donc deux phosphates lorsqu'ils se lient à la chaîne de nucléotide. Tout comme l'ADN polymérase lors de la réplication de l'ADN, l'ARN polymérase ne peut en effet fabriquer le nouveau brin d'ARN complémentaire que de l'extrémité 5' jusqu'à l'extrémité 3'. Mais contrairement à celle-ci, l'ARN polymérase n'effectue pas de correction si des erreurs surviennent lors de l'appariement des bases.

  • Terminaison :

Chez les procaryotes, il suffit que l'ARN polymérase atteigne le terminateur, situé en aval de la séquence codante, pour terminer la transcription. Des séquences d'ADN riches en paires G-C avec 3 liaisons hydrogènes, donc plus fortes, ralentissent la progression de l'ARN polymérase, et d'autre part la formation d'une boucle en épingle à cheveux entre 2 régions complémentaires de l'ARN bloquent l'enzyme. Enfin une protéine de terminaison (Rho) libère la molécule d'ARN, après que l'ARN polymérase se soit détaché du brin matrice. Pendant ce temps, celui-ci s'enroule de nouveau avec son brin d'ADN complémentaire. L'ARN ainsi produit est appelé ARN messager (ARNm).

Un même brin d'ADN peut être transcrit par plusieurs ARN polymérases à la fois, ce qui augmente par conséquent le nombre d'ARN nouvellement synthétisés. On appelle ce phénomène la transcription simultanée.

L'ARNm est, après la transcription, directement utilisable par la machinerie cellulaire pour la traduction, phénomène permettant de fabriquer les protéines pour lesquelles le message code. Comme la transcription et la traduction se déroulent dans le même compartiment, il est même possible que des ribosomes commencent à traduire un ARNm avant que sa transcription soit terminée.

Chez les eucaryotes[modifier | modifier le code]

structure de l'ARN polymérase II complexée à l'ADN matrice (vert). Le brin d'ARN transcrit est en jaune

De nombreuses différences existent par rapport à la transcription chez les procaryotes. La transcription se déroule dans le noyau cellulaire. La chromatine doit au préalable avoir été décompactée (euchromatine) pour permettre à la machinerie protéique d'accéder à l'ADN. Contrairement aux procaryotes, l'ARN produit par la transcription n'est pas directement utilisable par les ribosomes pour la traduction et devra subir plusieurs étapes de maturation post-transcriptionnelle.

Enfin, l'ARN polymérase ne peut se fixer seule au promoteur du brin matrice d'ADN : chez les eucaryotes, elle nécessite des facteurs de transcription, protéines qui servent d'intermédiaires à la liaison de l'ARN polymérase sur le promoteur. Cette association entre le promoteur, les facteurs de transcription qui y sont liés et l'ARN polymérase forme le complexe d'initiation de la transcription, nécessaire au commencement de la transcription.

Comme l'explique l'introduction, il existe 3 types d'ARN polymérase différentes au lieu de l'unique pour les procaryotes. Mais seules, ces ARN polymérases ne peuvent rien faire et elles doivent être accompagnées de facteurs de transcription généraux (protéines). Ces facteurs se nomment TFI, TFII, TFIII… ce qui constitue un complexe protéique constitué de 8 à 14 sous unités.

Comme chez les procaryotes, on retrouve les 3 phases distinctes dans le processus de transcription : l'initiation, l'élongation et la terminaison.

  • Initiation :

L'équivalent chez les eucaryotes de la « boîte de Pribnow » est la « boîte TATA » située environ 30 paires de bases avant l'origine de transcription ; celle-ci joue un rôle prépondérant puisque c'est à elle que va se fixer l'ARN polymérase II. Deux autres « boîtes » font aussi partie des séquences consensus ; parmi elles se trouvent la boîte CAAT (située à environ 70 paires de bases en amont du site d'initiation de la transcription), qui est un site modulateur de la transcription, et la boîte GC. Enfin, des amplificateurs peuvent stimuler la transcription à plusieurs centaines de paires de bases du lieu de la transcription.

L'initiation par l'ARN polymérase commence par la protéine TFII D, elle-même constituée de la protéine de liaison TBP qui va se fixer sur la boîte TATA, ce qui va constituer le cœur du complexe d'initiation.

Ensuite les différents facteurs généraux de transcription viennent s'assembler sur ce « noyau ». La TFII A vient stabiliser le complexe TFII D-ADN, la TFII B et TFII E se lient à l'ADN, la TFII F qui est une hélicase ATP-dépendante et enfin l'ARN polymérase II. Cependant ce complexe ne peut déclencher la transcription qu'à une faible fréquence. Des facteurs de transition supplémentaires doivent intervenir. Parmi eux le CTF (NF1) se lie à la boîte CAAT, le Sp 1 se lie aux boîtes GC : ce sont des trans-activateurs. Par ailleurs, les séquences « enhancers » (amplificateurs) et « cis activateurs » seront elles-mêmes activées par des protéines activatrices : ces séquences vont entrer en contact avec la boîte TATA grâce à la courbure de l'ADN qui les rapprocheront du promoteur. Une fois fixée à la boîte TATA, l'ARN polymérase déroule les deux brins d'ADN et commence la transcription.

  • Élongation :

L'élément central de l'élongation est la phosphorylation du domaine CTD (Carboxy Terminal Domain), domaine spécifique de la sous unité de 220 kDa de l'ARN polymérase II. Celle-ci est riche en sérine et en thréonine qui sont deux acides aminés pouvant être phoshorylés sur leur groupement hydroxyle. La phosphorylation par TFII H (du domaine CTD) qui est une protéine Kinase en présence d'ATP va déplacer l'ARN polymérase jusqu'au lieu d'origine de la transcription. L'addition séquentielle des ribonucléotides peut alors démarrer. Chez les eucaryotes, la vitesse de transcription est d'environ 40 nucléotides par seconde.

  • Terminaison :

Chez les eucaryotes, le mécanisme de terminaison n'est pas le même que les procaryotes. La terminaison est assurée par des signaux spécifiques dont le signal de polyadénylation AAUAAA. L'ARN polymérase continue sa transcription un peu après ce motif puis est libérée sous l'action de divers facteurs. La transcription proprement dite est terminée mais l'ARN obtenu n'est pas fonctionnel pour autant et doit subir 3 étapes de maturation.

  • La maturation de l'ARN, étape suivant la transcription de l'ADN chez les eucaryotes :

L'ARN est clivé au niveau du signal de polyadénylation et une polymérase spécifique (la polyA Polymérase ou PAP) ajoute de nombreux résidus Adénine (50 chez les levures, 200 chez les eucaryotes supérieurs) à l'extrémité 3' du brin d'ARN : c'est la queue polyA, essentielle à la stabilité de l'ARN. Il est à noter que cette partie de l'ARN n'est pas codée dans l'ADN sous forme de polyT.

À l'autre extrémité 5', l'addition d'une coiffe méthylguanosine est nécessaire pour la reconnaissance par les ribosomes lors de l'étape de traduction. Il faut malgré tout noter que les SnRNA qui sont aussi synthétisés par l'ARN polymérase II ont une coiffe mais ne passent pas dans les ribosomes pour être traduits !

L'ARN obtenu n'est pas encore prêt à être traduit et doit subir une dernière étape de maturation post-transcriptionnelle. En effet, l'ADN chez les eucaryotes possède des séquences codantes (Exons) et des séquences non codantes (Introns). Seuls les exons participent donc à la synthèse des protéines. L'ARN des eucaryotes est d'abord produit sous forme de pré-ARNm qui contient toute la séquence du gène (introns + exons). Il subit ensuite une opération d'épissage : un complexe nucléoprotéique (le splicéosome) reconnaît les introns et les élimine (l'épissage permet en outre d'obtenir différentes protéines à partir d'un même gène en sélectionnant quels exons seront conservés : c'est l'épissage alternatif).

Les ARN 45S futurs 28 ; 18 ; 5.8S[modifier | modifier le code]

Le gène codant les ARN ( ribosomique ) 47S se trouve sur des séquences particulières de 5 chromosomes (13,14,15,21,22), appelées organisateur nucléolaire. Sur chacun de ces chromosomes il existe environ 40 copies du gène. C'est la transcription intense de cet ADN en ARN qui crée le nucléole. Sur l'ADN 45S, la reconnaissance de la TATA ne peut se faire directement. Il faut passer par la reconnaissance préalable de deux zones consensus : le promoteur central aux environs de +1 et UCE (upstream control element) plus en amont. UBFI reconnaît UCE ce qui entraîne la courbure de l'ADN. Ainsi la TATA peut être reconnue par la TBP et les 3 TAFI de SLI. L'ARN polymeraseI est alors recrutée et peut démarrer directement la synthèse. Elle n'a pas de CTD et son simple recrutement permettrait de la faire démarrer. Cette synthèse s'arrête brusquement au niveau de séquences de terminaison.

Les gènes de classe III[modifier | modifier le code]

Il s'agit des ARNt, de l'ARN 5S et des SCARN dispersés dans le génome. Les mécanismes diffèrent dans les 3 cas. Leur particularité principale est de posséder des promoteurs internes c'est-à-dire en aval de +1.

  • les ARNt

Possèdent deux séquences consensus : les boîtes A et B. Elles sont reconnues par TFIIIC. TFIIIB avec sa TBP et ses 2 TAFIII peut alors se fixer. L'ARN polyméraseIII est recrutée. TFIIIC s'en va et la synthèse peut alors commencer.

  • les 5S

Possèdent une boîte C reconnue par TFIIIA. TFIIIC et B peuvent alors se fixer. L'ARN polymérase est recrutée et Les TFIIIA et C s'en vont. La synthèse peut démarrer.

  • Les ARNSc

Divers facteurs intermédiaires permettent la fixation des TAFIII et de TBP de TFIIIB. La polymérase est recrutée et la synthèse démarre.

Transcription inverse[modifier | modifier le code]

La transcription inverse (ou rétrotranscription) est la réaction inverse de la transcription. C'est la synthèse d'un brin d'ADN à partir d'une matrice ARN grâce à une ADN polymérase ARN dépendante ou encore transcriptase inverse ou rétrotranscriptase (le terme anglais reverse transcriptase est parfois aussi utilisé).

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]