Transcription (biologie)

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Transcription/Traduction

La transcription est un processus biologique ubiquitaire qui consiste, au niveau de la cellule, en la copie 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 qui sont reconnues par la machinerie de traduction en séquences protéiques.

L'enzyme qui catalyse cette réaction de transcription est appelée ARN polymérase. Il en existe plusieurs types intervenant dans la transcription de plusieurs types d'ARN (messager, ribosomique, de transfert, etc.) 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. Chez les eucaryotes, le transcrit primaire d'ARNm est complété par une queue (polyadénylation) et une extrémité 5' comportant plusieurs modifications chimiques : la coiffe.

La molécule d'ARN directement synthétisée à partir du modèle ADN reste dans le noyau et est traitée par un complexe enzymatique. Ce mécanisme s'appelle l'épissage : certaines séquences appelées introns sont excisées, les exons restant se relient ensuite entre eux. Il peut y avoir un mécanisme d'épissage alternatif, augmentant ainsi le nombre de possibilités d'ARN messager mature. L'ARN produit est plus court, passe dans le cytoplasme et devient un ARNm ou ARN messager mature.

L'ARNm est alors traduit en protéine 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. L'initiation s'effectue au niveau du promoteur, immédiatement en amont de la séquence codante. 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], 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. La phase d'élongation peut commencer en remplaçant le départ de la sous unité σ par une Nus A. Le complexe enzymatique synthétise alors le brin d'ARN complémentaire du brin matrice. La terminaison de la transcription se fait au niveau du terminateur, situé après la séquence codante. Des séquences d'ADN riches en paires G-C avec 3 liaisons hydrogènes, donc plus fortes, ralentissent la progression de l'ARN pol, 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. L'ARNm ainsi produit est directement utilisable par la machinerie cellulaire pour être traduit. 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 et devra subir plusieurs étapes de maturation post-transcriptionnelle.

Enfin 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 précédemment on retrouve les 3 phases distinctes dans le processus de transcription à commencer par l'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 puisqu'elle va fixer l'ARN polymérase II. Deux autres « boîtes » font aussi partie des séquences consensus parmi elles : 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 on trouve une région dite « Enhancer » qui peut 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 qui est 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 » « cis activateurs » seront elles-mêmes activées par des protéines activatrices et par une boucle sur elle-même de l'ADN ces mêmes protéines vont entrer en contact avec la boîte TATA.

L'élongation peut alors commencer ; 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.

La terminaison est assurée par des signaux spécifiques dont le signal de polyadénylation AAUAAA. la 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. 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) : 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 pol 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]