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A partir de quelle extrémité de l'ARNm commence la transcription ?


Le livre "Understanding bioinformatics", dit que "l'ARN polymérase transcrit le brin anticodant dans la direction de 3' à 5', de sorte que le brin d'ARNm est produit de l'extrémité 5' à l'extrémité 3'".

Mais d'après l'article de Khan Academy, j'ai obtenu "L'ARN polymérase construit un brin d'ARN dans la direction 5' à 3', ajoutant chaque nouveau nucléotide à l'extrémité 3' du brin". Aussi "les codons d'un ARNm sont lus dans l'ordre (de l'extrémité 5' à l'extrémité 3')". Laquelle est correcte?


La réponse de @Thymine est correcte. Je pensais juste publier une réponse plus graphique pour plus de clarté.

<==(ARN Pol)3'------------ 5' 5' ------------ ------------------------------------------ 3' 3' ---- -------------------------------------------------- 5'

L'ARN polymérase synthétise sur le brin 3' à 5', mais les acides nucléiques sont toujours ajoutés dans le sens inverse au brin matrice (cela vaut pour la réplication de l'ADN ainsi que la synthèse de l'ARN).

La confusion surgit, bien sûr, parce qu'il y a plusieurs façons de voir les choses. Si vous regardez le brin modèle de la polymérase, vous (comme le livre) que l'ARN Pol synthétise 3' à 5'.

D'un autre côté, si vous regardez le brin synthétisé, vous diriez (comme Kahn Achademy) qu'il est synthétisé de 5' à 3'. C'est pourquoi Kahn dit

[… ] en ajoutant chaque nouveau nucléotide à l'extrémité 3' du brin.

Il existe un fragment d'ARNm incomplet avec l'ARN Pol assis à l'extrémité 3'. C'est là qu'il ajoute chaque nouveau nucléotide.


Ils ont tous les deux raison. La confusion vient du livre qui parle du brin anticodant ainsi que du brin d'ARN codant nouvellement formé, alors que Khan Academy ne parle que du brin codant.

Du livre:

Le brin anticodant est transcrit de 3' à 5'. Par conséquent, le brin codant est produit de 5' à 3', ce qui signifie que le tout premier nucléotide ajouté par l'ARN polymérase est l'extrémité 5', et vous y ajoutez dans la direction 3'.

De l'Académie Khan :

L'ARN polymérase produit un brin d'ARN de 5' à 3'.


Quel est le produit final de la transcription

Le produit final de la transcription est une molécule d'ARN. Par conséquent, la copie de l'information des gènes du génome dans un ARN se produit lors de la transcription. Les trois principaux types d'ARN produits par transcription sont l'ARNm, l'ARNt et l'ARNr. De plus, la transcription est la première étape de la synthèse des protéines. Au cours de laquelle, l'ARN polymérase transcrit l'information dans un gène, et ainsi, produit une molécule d'ARN. De plus, lors de la synthèse des protéines, l'ARNm transporte l'information d'un gène du noyau vers le cytoplasme. De plus, les deux autres principaux types d'ARN facilitent la traduction.

Domaines clés couverts

Termes clés : ARNm, ARN polymérase, ARNr, transcription, ARNt


Contenu

Une unité de transcription d'ADN codant pour une protéine peut contenir à la fois un séquence de codage, qui sera traduit en protéine, et séquences régulatrices, qui dirigent et régulent la synthèse de cette protéine. La séquence régulatrice avant ("en amont" de) la séquence codante est appelée la région non traduite des cinq premiers (5'UTR) la séquence après ("en aval" de) la séquence codante est appelée la région non traduite des trois premiers (3'UTR). [3]

Contrairement à la réplication de l'ADN, la transcription donne un complément d'ARN qui comprend le nucléotide uracile (U) dans tous les cas où la thymine (T) se serait produite dans un complément d'ADN.

Un seul des deux brins d'ADN sert de matrice pour la transcription. Le brin antisens de l'ADN est lu par l'ARN polymérase de l'extrémité 3' à l'extrémité 5' lors de la transcription (3' → 5'). L'ARN complémentaire est créé dans la direction opposée, dans la direction 5' → 3', correspondant à la séquence du brin sens à l'exception du remplacement de l'uracile par la thymine. Cette directionnalité est due au fait que l'ARN polymérase ne peut ajouter des nucléotides qu'à l'extrémité 3' de la chaîne d'ARNm en croissance. Cette utilisation du seul brin d'ADN 3' → 5' élimine le besoin des fragments d'Okazaki qui sont observés dans la réplication de l'ADN. [3] Cela supprime également le besoin d'une amorce d'ARN pour initier la synthèse d'ARN, comme c'est le cas dans la réplication de l'ADN.

Les non-le brin d'ADN modèle (sens) est appelé brin codant, car sa séquence est la même que celle du transcrit d'ARN nouvellement créé (à l'exception de la substitution de l'uracile à la thymine). C'est le brin qui est utilisé par convention lors de la présentation d'une séquence d'ADN. [5]

La transcription a quelques mécanismes de relecture, mais ils sont moins nombreux et moins efficaces que les contrôles pour copier l'ADN. En conséquence, la transcription a une fidélité de copie inférieure à la réplication de l'ADN. [6]

La transcription est divisée en initiation, promoteur évasion, élongation, et Résiliation. [7]

Configuration pour la transcription Modifier

Enhancers, facteurs de transcription, complexe médiateur et boucles d'ADN dans la transcription des mammifères Modifier

La mise en place de la transcription chez les mammifères est régulée par de nombreux éléments de régulation cis, y compris le promoteur central et les éléments proximaux du promoteur qui sont situés à proximité des sites de démarrage de la transcription des gènes. Les promoteurs centraux combinés à des facteurs de transcription généraux sont suffisants pour diriger l'initiation de la transcription, mais ont généralement une faible activité basale. [8] D'autres modules de régulation cis importants sont localisés dans des régions d'ADN éloignées des sites de démarrage de la transcription. Il s'agit notamment d'amplificateurs, de silencieux, d'isolateurs et d'éléments d'attache. [9] Parmi cette constellation d'éléments, les activateurs et leurs facteurs de transcription associés ont un rôle de premier plan dans l'initiation de la transcription des gènes. [10] Un amplificateur localisé dans une région d'ADN éloignée du promoteur d'un gène peut avoir un effet très important sur la transcription génique, certains gènes subissant une transcription jusqu'à 100 fois accrue en raison d'un amplificateur activé. [11]

Les amplificateurs sont des régions du génome qui sont des éléments majeurs de régulation des gènes. Les amplificateurs contrôlent les programmes de transcription de gènes spécifiques à un type de cellule, le plus souvent en parcourant de longues distances pour se rapprocher physiquement des promoteurs de leurs gènes cibles. [12] Bien qu'il existe des centaines de milliers de régions d'ADN amplificateur, [13] pour un type particulier de tissu, seuls des amplificateurs spécifiques sont mis à proximité des promoteurs qu'ils régulent. Dans une étude sur les neurones corticaux du cerveau, 24 937 boucles ont été trouvées, apportant des amplificateurs à leurs promoteurs cibles. [11] De multiples amplificateurs, chacun souvent à des dizaines ou des centaines de milliers de nucléotides éloignés de leurs gènes cibles, bouclent sur leurs promoteurs de gènes cibles et peuvent se coordonner les uns avec les autres pour contrôler la transcription de leur gène cible commun. [12]

L'illustration schématique de cette section montre un amplificateur en boucle pour se rapprocher physiquement du promoteur d'un gène cible. La boucle est stabilisée par un dimère d'une protéine connecteur (par exemple un dimère de CTCF ou YY1), avec un membre du dimère ancré à son motif de liaison sur l'amplificateur et l'autre membre ancré à son motif de liaison sur le promoteur (représenté par le zigzags rouges dans l'illustration). [14] Plusieurs facteurs de transcription spécifiques à la fonction cellulaire (il existe environ 1 600 facteurs de transcription dans une cellule humaine [15] ) se lient généralement à des motifs spécifiques sur un amplificateur [16] et une petite combinaison de ces facteurs de transcription liés à l'amplificateur, lorsqu'ils sont rapprochés à un promoteur par une boucle d'ADN, régissent le niveau de transcription du gène cible. Le médiateur (un complexe généralement constitué d'environ 26 protéines dans une structure en interaction) communique les signaux régulateurs des facteurs de transcription liés à l'ADN amplificateur directement à l'enzyme ARN polymérase II (pol II) liée au promoteur. [17]

Les amplificateurs, lorsqu'ils sont actifs, sont généralement transcrits à partir des deux brins d'ADN avec des ARN polymérases agissant dans deux directions différentes, produisant deux ARN amplificateurs (ARNe) comme illustré sur la figure. [18] Un amplificateur inactif peut être lié par un facteur de transcription inactif. La phosphorylation du facteur de transcription peut l'activer et ce facteur de transcription activé peut alors activer l'amplificateur auquel il est lié (voir la petite étoile rouge représentant la phosphorylation du facteur de transcription lié à l'amplificateur dans l'illustration). [19] Un amplificateur activé commence la transcription de son ARN avant d'activer la transcription de l'ARN messager à partir de son gène cible. [20]

Méthylation et déméthylation des îlots CpG Modifier

La régulation de la transcription à environ 60% des promoteurs est également contrôlée par la méthylation des cytosines dans les dinucléotides CpG (où la cytosine 5' est suivie par les sites 3' guanine ou CpG). La 5-méthylcytosine (5-mC) est une forme méthylée de la cytosine de base de l'ADN (voir Figure). 5-mC est un marqueur épigénétique trouvé principalement dans les sites CpG. Environ 28 millions de dinucléotides CpG sont présents dans le génome humain. [21] Dans la plupart des tissus des mammifères, en moyenne, 70% à 80% des cytosines CpG sont méthylées (formant 5-méthylCpG ou 5-mCpG). [22] Les cytosines méthylées dans les séquences 5'cytosine-guanine 3' se produisent souvent en groupes, appelés îlots CpG. Environ 60% des séquences promotrices ont un îlot CpG tandis que seulement environ 6% des séquences amplificatrices ont un îlot CpG. [23] Les îlots CpG constituent des séquences régulatrices, car si les îlots CpG sont méthylés dans le promoteur d'un gène, cela peut réduire ou faire taire la transcription du gène. [24]

La méthylation de l'ADN régule la transcription des gènes par interaction avec les protéines du domaine de liaison au méthyle (MBD), telles que MeCP2, MBD1 et MBD2. Ces protéines MBD se lient le plus fortement aux îlots CpG hautement méthylés. [25] Ces protéines MBD ont à la fois un domaine de liaison méthyl-CpG ainsi qu'un domaine de répression de la transcription. [25] Ils se lient à l'ADN méthylé et guident ou dirigent des complexes protéiques avec un remodelage de la chromatine et/ou une activité de modification des histones vers les îlots CpG méthylés. Les protéines MBD répriment généralement la chromatine locale, par exemple en catalysant l'introduction de marques d'histones répressives ou en créant un environnement répressif global de la chromatine par le biais du remodelage des nucléosomes et de la réorganisation de la chromatine. [25]

Comme indiqué dans la section précédente, les facteurs de transcription sont des protéines qui se lient à des séquences d'ADN spécifiques afin de réguler l'expression d'un gène. La séquence de liaison pour un facteur de transcription dans l'ADN est généralement longue d'environ 10 ou 11 nucléotides. Comme résumé en 2009, Vaquerizas et al. ont indiqué qu'il existe environ 1 400 facteurs de transcription différents codés dans le génome humain par des gènes qui constituent environ 6 % de tous les gènes codant pour les protéines humaines. [26] Environ 94% des sites de liaison aux facteurs de transcription (TFBS) qui sont associés aux gènes sensibles au signal se produisent dans les amplificateurs alors que seulement environ 6% de ces TFBS se produisent dans les promoteurs. [16]

La protéine EGR1 est un facteur de transcription particulier qui est important pour la régulation de la méthylation des îlots CpG. Un site de liaison au facteur de transcription EGR1 est fréquemment localisé dans les séquences amplificatrices ou promotrices. [27] Il existe environ 12 000 sites de liaison pour EGR1 dans le génome des mammifères et environ la moitié des sites de liaison EGR1 sont situés dans les promoteurs et la moitié dans les amplificateurs. [27] La ​​liaison d'EGR1 à son site de liaison à l'ADN cible est insensible à la méthylation de la cytosine dans l'ADN. [27]

Alors que seules de petites quantités de la protéine du facteur de transcription EGR1 sont détectables dans les cellules non stimulées, la traduction de la EGR1 gène en protéine une heure après la stimulation est considérablement élevé. [28] L'expression des protéines du facteur de transcription EGR1, dans divers types de cellules, peut être stimulée par des facteurs de croissance, des neurotransmetteurs, des hormones, le stress et des blessures. [28] Dans le cerveau, lorsque les neurones sont activés, les protéines EGR1 sont régulées à la hausse et elles se lient (recrutent) aux enzymes TET1 préexistantes qui sont fortement exprimées dans les neurones. Les enzymes TET peuvent catalyser la déméthylation de la 5-méthylcytosine. Lorsque les facteurs de transcription EGR1 amènent les enzymes TET1 aux sites de liaison EGR1 dans les promoteurs, les enzymes TET peuvent déméthyler les îlots CpG méthylés au niveau de ces promoteurs. Lors de la déméthylation, ces promoteurs peuvent alors initier la transcription de leurs gènes cibles. Des centaines de gènes dans les neurones sont exprimés différemment après l'activation des neurones par le recrutement par EGR1 de TET1 en séquences régulatrices méthylées dans leurs promoteurs. [27]

La méthylation des promoteurs est également modifiée en réponse aux signaux. Les trois méthyltransférases d'ADN de mammifère (DNMT1, DNMT3A et DNMT3B) catalysent l'ajout de groupes méthyle aux cytosines dans l'ADN. Alors que la DNMT1 est une méthyltransférase de « maintenance », la DNMT3A et la DNMT3B peuvent effectuer de nouvelles méthylations. Il existe également deux isoformes de protéines d'épissage produites à partir de la DNMT3A gène : protéines ADN méthyltransférase DNMT3A1 et DNMT3A2. [29]

L'isoforme d'épissage DNMT3A2 se comporte comme le produit d'un gène précoce immédiat classique et, par exemple, il est produit de manière robuste et transitoire après activation neuronale. [30] L'endroit où l'isoforme de l'ADN méthyltransférase DNMT3A2 se lie et ajoute des groupes méthyle aux cytosines semble être déterminé par les modifications post-traductionnelles des histones. [31] [32] [33]

D'autre part, l'activation neurale provoque une dégradation de DNMT3A1 accompagnée d'une méthylation réduite d'au moins un promoteur ciblé évalué. [34]

Initiation Modifier

La transcription commence par la liaison de l'ARN polymérase, avec un ou plusieurs facteurs de transcription généraux, à une séquence d'ADN spécifique appelée « promoteur » pour former un « complexe fermé » ARN polymérase-promoteur. Dans le "complexe fermé", l'ADN du promoteur est encore entièrement double brin. [7]

L'ARN polymérase, assistée par un ou plusieurs facteurs de transcription généraux, déroule ensuite environ 14 paires de bases d'ADN pour former un « complexe ouvert » ARN polymérase-promoteur. Dans le "complexe ouvert", l'ADN promoteur est partiellement déroulé et simple brin. L'ADN simple brin exposé est appelé "bulle de transcription". [7]

L'ARN polymérase, assistée d'un ou plusieurs facteurs de transcription généraux, sélectionne alors un site de démarrage de la transcription dans la bulle de transcription, se lie à une NTP d'initiation et une NTP d'extension (ou une courte amorce d'ARN et une NTP d'extension) complémentaires à la séquence du site de démarrage de la transcription, et catalyse la formation de liaisons pour donner un produit d'ARN initial. [7]

Chez les bactéries, l'holoenzyme ARN polymérase se compose de cinq sous-unités : 2 sous-unités α, 1 sous-unité , 1 sous-unité ' et 1 sous-unité . Chez les bactéries, il existe un facteur général de transcription de l'ARN appelé facteur sigma. L'enzyme centrale de l'ARN polymérase se lie au facteur de transcription générale (sigma) bactérien pour former l'holoenzyme de l'ARN polymérase, puis se lie à un promoteur. [7] (L'ARN polymérase est appelée holoenzyme lorsque la sous-unité sigma est attachée à l'enzyme centrale qui est constituée de 2 sous-unités α, 1 sous-unité , 1 sous-unité β' uniquement). Contrairement aux eucaryotes, le nucléotide initiateur de l'ARNm bactérien naissant n'est pas coiffé d'un nucléotide guanine modifié. Le nucléotide initiateur des transcrits bactériens porte un triphosphate 5' (5'-PPP), qui peut être utilisé pour la cartographie à l'échelle du génome des sites d'initiation de la transcription. [35]

Chez les archées et les eucaryotes, l'ARN polymérase contient des sous-unités homologues à chacune des cinq sous-unités d'ARN polymérase chez les bactéries et contient également des sous-unités supplémentaires. Chez les archées et les eucaryotes, les fonctions du facteur de transcription général bactérien sigma sont assurées par plusieurs facteurs de transcription généraux qui fonctionnent ensemble. [7] Chez les archées, il existe trois facteurs de transcription généraux : TBP, TFB et TFE. Chez les eucaryotes, dans la transcription dépendante de l'ARN polymérase II, il existe six facteurs de transcription généraux : TFIIA, TFIIB (un orthologue du TFB archéen), TFIID (un facteur multi-sous-unité dans lequel la sous-unité clé, TBP, est un orthologue du TBP archéen), TFIIE (un orthologue de TFE archéen), TFIIF et TFIIH. Le TFIID est le premier composant à se lier à l'ADN en raison de la liaison du TBP, tandis que le TFIIH est le dernier composant à être recruté. Chez les archées et les eucaryotes, le complexe fermé promoteur d'ARN polymérase est généralement appelé "complexe de pré-initiation". [36]

L'initiation de la transcription est régulée par des protéines supplémentaires, appelées activateurs et répresseurs, et, dans certains cas, des coactivateurs ou corépresseurs associés, qui modulent la formation et la fonction du complexe d'initiation de la transcription. [7]

Évasion du promoteur Modifier

Une fois la première liaison synthétisée, l'ARN polymérase doit s'échapper du promoteur. Pendant ce temps, il y a une tendance à libérer le transcrit d'ARN et à produire des transcrits tronqués. C'est ce qu'on appelle l'initiation abortive, et est commune pour les eucaryotes et les procaryotes. [37] L'initiation avortée continue de se produire jusqu'à ce qu'un produit d'ARN d'une longueur seuil d'environ 10 nucléotides soit synthétisé, moment auquel l'échappement du promoteur se produit et un complexe d'élongation de la transcription est formé.

Mécaniquement, l'échappement du promoteur se produit par le broyage de l'ADN, fournissant l'énergie nécessaire pour rompre les interactions entre l'holoenzyme ARN polymérase et le promoteur. [38]

Chez les bactéries, on pensait historiquement que le facteur sigma était définitivement libéré après la clairance du promoteur. Cette théorie était connue sous le nom de modèle à libération obligatoire. Cependant, des données ultérieures ont montré que lors et après la clairance du promoteur, le facteur sigma est libéré selon un modèle stochastique connu sous le nom de modèle de libération stochastique. [39]

Chez les eucaryotes, au niveau d'un promoteur dépendant de l'ARN polymérase II, lors de la clairance du promoteur, TFIIH phosphoryle la sérine 5 sur le domaine carboxy-terminal de l'ARN polymérase II, conduisant au recrutement de l'enzyme de coiffage (CE). [40] [41] Le mécanisme exact de la façon dont CE induit la clairance du promoteur chez les eucaryotes n'est pas encore connu.

Élongation Modifier

Un brin de l'ADN, le brin modèle (ou brin non codant), est utilisé comme matrice pour la synthèse d'ARN. Au fur et à mesure que la transcription progresse, l'ARN polymérase traverse le brin matrice et utilise la complémentarité d'appariement de bases avec la matrice d'ADN pour créer une copie d'ARN (qui s'allonge pendant la traversée). Bien que l'ARN polymérase traverse le brin matrice de 3' → 5', le brin codant (non-matrice) et l'ARN nouvellement formé peuvent également être utilisés comme points de référence, de sorte que la transcription peut être décrite comme se produisant 5' → 3'. Cela produit une molécule d'ARN de 5' → 3', une copie exacte du brin codant (sauf que les thymines sont remplacées par des uraciles, et les nucléotides sont composés d'un sucre ribose (5-carbone) où l'ADN a du désoxyribose (un moins d'oxygène atome) dans son squelette sucre-phosphate). [ citation requise ]

La transcription de l'ARNm peut impliquer plusieurs ARN polymérases sur une seule matrice d'ADN et plusieurs cycles de transcription (amplification d'ARNm particulier), de sorte que de nombreuses molécules d'ARNm peuvent être rapidement produites à partir d'une seule copie d'un gène. [ citation requise ] Les taux d'allongement caractéristiques chez les procaryotes et les eucaryotes sont d'environ 10-100 nts/sec. [42] Chez les eucaryotes, cependant, les nucléosomes agissent comme des barrières majeures à la transcription des polymérases pendant l'élongation de la transcription. [43] [44] Dans ces organismes, la pause induite par les nucléosomes peut être régulée par des facteurs d'allongement de la transcription tels que TFIIS. [44]

L'allongement implique également un mécanisme de relecture qui peut remplacer des bases mal incorporées. Chez les eucaryotes, cela peut correspondre à de courtes pauses pendant la transcription qui permettent aux facteurs d'édition d'ARN appropriés de se lier. Ces pauses peuvent être intrinsèques à l'ARN polymérase ou dues à la structure de la chromatine. [ citation requise ]

Résiliation Modifier

Les bactéries utilisent deux stratégies différentes pour la terminaison de la transcription : la terminaison Rho-indépendante et la terminaison Rho-dépendante. Dans la terminaison de la transcription Rho-indépendante, la transcription de l'ARN s'arrête lorsque la molécule d'ARN nouvellement synthétisée forme une boucle en épingle à cheveux riche en G-C suivie d'une série de Us. Lorsque l'épingle à cheveux se forme, le stress mécanique rompt les faibles liaisons rU-dA, remplissant maintenant l'hybride ADN-ARN. Cela tire le transcrit poly-U du site actif de l'ARN polymérase, mettant fin à la transcription. Dans le type de terminaison "Rho-dépendant", un facteur protéique appelé "Rho" déstabilise l'interaction entre la matrice et l'ARNm, libérant ainsi l'ARNm nouvellement synthétisé du complexe d'élongation. [45]

La terminaison de la transcription chez les eucaryotes est moins bien comprise que chez les bactéries, mais implique le clivage du nouveau transcrit suivi d'une addition indépendante de la matrice d'adénines à sa nouvelle extrémité 3', dans un processus appelé polyadénylation. [46]


Transcription en eucaryotes

Les procaryotes et les eucaryotes effectuent fondamentalement le même processus de transcription, avec quelques différences significatives (voir tableau 1). Les eucaryotes utilisent trois polymérases différentes, les ARN polymérases I, II et III, toutes structurellement distinctes de la bactérie. ARN polymérase. Chacun transcrit un sous-ensemble différent de gènes. De façon intéressante, archée contiennent une seule ARN polymérase qui est plus étroitement liée à l'ARN polymérase II eucaryote qu'à son homologue bactérien. Les ARNm eucaryotes sont également généralement monocistroniques, ce qui signifie qu'ils ne codent chacun qu'un seul polypeptide, tandis que les ARNm procaryotes de bactéries et d'archées sont généralement polycistronique, ce qui signifie qu'ils codent pour plusieurs polypeptides.

La différence la plus importante entre les procaryotes et les eucaryotes est le noyau lié à la membrane de ces derniers, qui influence la facilité d'utilisation des molécules d'ARN pour la synthèse des protéines. Avec les gènes liés dans un noyau, la cellule eucaryote doit transporter des molécules d'ARN codant pour les protéines vers le cytoplasme pour être traduites. Codage des protéines transcriptions primaires, les molécules d'ARN directement synthétisées par l'ARN polymérase, doivent subir plusieurs étapes de traitement pour protéger ces molécules d'ARN de la dégradation pendant le temps où elles sont transférées du noyau au cytoplasme et traduites en une protéine. Par exemple, les ARNm eucaryotes peuvent durer plusieurs heures, alors que l'ARNm procaryote typique ne dure pas plus de 5 secondes.

Les relevé de notes principal (également appelé pré-ARNm) est d'abord recouvert de protéines stabilisant l'ARN pour le protéger de la dégradation pendant qu'il est traité et exporté hors du noyau. Le premier type de traitement commence alors que le transcrit primaire est encore en cours de synthèse, un nucléotide spécial de 7-méthylguanosine, appelé le casquette 5′, est ajouté à l'extrémité 5' du transcrit en croissance. En plus d'empêcher la dégradation, les facteurs impliqués dans la synthèse ultérieure des protéines reconnaissent la coiffe, qui aide à initier la traduction par les ribosomes. Une fois l'élongation terminée, une autre enzyme de transformation ajoute alors une chaîne d'environ 200 nucléotides d'adénine à l'extrémité 3', appelée le queue poly-A. Cette modification protège en outre le pré-ARNm de la dégradation et signale aux facteurs cellulaires que le transcrit doit être exporté vers le cytoplasme.

Les gènes eucaryotes qui codent pour les polypeptides sont composés de séquences codantes appelées exons (ex-on signifie qu'ils sont exenfoncé) et des séquences intermédiaires appelées introns (entier-ron désigne leur entierrôle principal). Les séquences d'ARN transcrites correspondant aux introns ne codent pas pour les régions du polypeptide fonctionnel et sont retirées du pré-ARNm pendant le traitement. Il est essentiel que toutes les séquences d'ARN codées par l'intron soient complètement et précisément retirées d'un pré-ARNm avant la synthèse protéique de sorte que les séquences d'ARN codées par l'exon soient correctement jointes pour coder un polypeptide fonctionnel. Si le processus se trompe ne serait-ce que d'un seul nucléotide, les séquences des exons joints seraient décalées et le polypeptide résultant serait non fonctionnel. Le processus d'élimination des séquences d'ARN codées par les introns et de reconnexion de celles codées par les exons est appelé Épissage d'ARN et est facilitée par l'action d'un spliceosome contenant de petites protéines nucléaires ribonucléiques (snRNP). Les séquences d'ARN codées par intron sont retirées du pré-ARNm alors qu'il est encore dans le noyau. Bien qu'ils ne soient pas traduits, les introns semblent avoir diverses fonctions, notamment la régulation des gènes et le transport de l'ARNm. A l'issue de ces modifications, le transcription mature, l'ARNm qui code pour un polypeptide, est transporté hors du noyau, destiné au cytoplasme pour la traduction. Les introns peuvent être épissés différemment, ce qui entraîne l'inclusion ou l'exclusion de divers exons du produit d'ARNm final. Ce processus est connu sous le nom épissage alternatif. L'avantage de l'épissage alternatif est que différents types de transcrits d'ARNm peuvent être générés, tous dérivés de la même séquence d'ADN. Ces dernières années, il a été démontré que certaines archées ont également la capacité d'épisser leur pré-ARNm.

Tableau 1. Comparaison de la transcription chez les bactéries par rapport aux eucaryotes
Biens Bactéries Eucaryotes
Nombre de polypeptides codés par ARNm Monocistronique ou polycistronique Exclusivement monocistronique
Allongement des brins noyau + σ = holoenzyme ARN polymérases I, II ou III
Ajout d'une casquette de 5′ Non Oui
Ajout d'une queue poly-A 3′ Non Oui
Épissage du pré-ARNm Non Oui

Visualisez comment l'épissage de l'ARNm se produit en regardant le processus en action dans cette vidéo.

Pensez-y

  • Dans les cellules eucaryotes, comment le transcrit d'ARN d'un gène d'une protéine est-il modifié après sa transcription ?
  • Les exons ou les introns contiennent-ils des informations sur les séquences protéiques ?

Focus clinique : Travis, partie 2

Cet exemple continue l'histoire de Travis qui a commencé dans Les fonctions du matériel génétique.

Aux urgences, une infirmière a dit à Travis qu'il avait pris la bonne décision de venir à l'hôpital parce que ses symptômes indiquaient une infection qui était devenue incontrôlable. Les symptômes de Travis avaient progressé, la zone de peau affectée et la quantité de gonflement augmentant. Dans la zone touchée, une éruption cutanée avait commencé, des cloques et de petites poches de gaz sous la couche la plus externe de la peau s'étaient formées, et une partie de la peau devenait grise. Sur la base de l'odeur putride du pus s'écoulant de l'une des vésicules, de la progression rapide de l'infection et de l'apparence visuelle de la peau affectée, le médecin a immédiatement commencé un traitement pour la fasciite nécrosante. Le médecin de Travis a ordonné une culture du liquide s'écoulant de l'ampoule et a également ordonné des analyses de sang, y compris une numération des globules blancs.

Travis a été admis à l'unité de soins intensifs et a commencé l'administration intraveineuse d'un antibiotique à large spectre pour essayer de minimiser la propagation de l'infection. Malgré l'antibiothérapie, l'état de Travis s'est rapidement détérioré. Travis est devenu confus et étourdi. Quelques heures après son admission à l'hôpital, sa tension artérielle a chuté de manière significative et sa respiration est devenue plus superficielle et plus rapide. De plus, les cloques ont augmenté, la couleur des cloques s'intensifiant jusqu'au noir violacé, et la plaie elle-même semblait progresser rapidement le long de la jambe de Travis.

  • Quels sont les agents responsables possibles de la fasciite nécrosante de Travis ?
  • Quelles sont les explications possibles pour lesquelles le traitement antibiotique ne semble pas fonctionner ?

Nous reviendrons sur l'exemple de Travis dans les pages suivantes.

Concepts clés et résumé

  • Pendant transcription, les informations codées dans l'ADN sont utilisées pour fabriquer de l'ARN.
  • ARN polymérase synthétise l'ARN, en utilisant le brin antisens de l'ADN comme matrice en ajoutant des nucléotides d'ARN complémentaires à l'extrémité 3' du brin en croissance.
  • L'ARN polymérase se lie à l'ADN au niveau d'une séquence appelée promoteur pendant le initiation de la transcription.
  • Les gènes codant pour des protéines de fonctions apparentées sont fréquemment transcrits sous le contrôle d'un seul promoteur chez les procaryotes, ce qui entraîne la formation d'un ARNm polycistronique molécule qui code plusieurs polypeptides.
  • Contrairement à l'ADN polymérase, l'ARN polymérase ne nécessite pas de groupe 3'-OH pour ajouter des nucléotides, donc un apprêt n'est pas nécessaire lors de l'initiation.
  • Fin de la transcription dans les bactéries se produit lorsque l'ARN polymérase rencontre des séquences d'ADN spécifiques qui conduisent à un blocage de la polymérase. Cela se traduit par la libération de l'ARN polymérase du brin matrice d'ADN, libérant le Transcription d'ARN.
  • Les eucaryotes ont trois ARN polymérases différentes. Les eucaryotes ont également un ARNm monocistronique, chacun ne codant qu'un seul polypeptide.
  • Les transcrits primaires eucaryotes sont traités de plusieurs manières, y compris l'ajout d'un casquette 5′ et un 3′-queue poly-A, aussi bien que épissure, pour générer une molécule d'ARNm mature qui peut être transportée hors du noyau et qui est protégée de la dégradation.

Choix multiple

Au cours de quelle étape de la transcription bactérienne la sous-unité σ de l'ARN polymérase est-elle impliquée ?

Lequel des composants suivants est impliqué dans l'initiation de la transcription ?

Lequel des éléments suivants n'est pas fonction de la coiffe 5' et de la queue poly-A 3' d'une molécule d'ARNm eucaryote mature ?

  1. pour faciliter l'épissage
  2. pour empêcher la dégradation de l'ARNm
  3. pour faciliter l'exportation du transcrit mature vers le cytoplasme
  4. pour faciliter la liaison du ribosome au transcrit

L'ARNm mature d'un eucaryote contiendrait chacune de ces caractéristiques, sauf laquelle des suivantes ?

Remplir les trous

Un ARNm ________ est celui qui code pour plusieurs polypeptides.

Le complexe protéique responsable de l'élimination des séquences d'ARN codées par des introns des transcrits primaires chez les eucaryotes est appelé ________.


L'analyse appariée des sites de démarrage de la transcription chez Arabidopsis révèle des signatures de promoteurs spécifiques à la plante

Comprendre l'architecture des promoteurs de gènes végétaux a longtemps été un défi en raison du manque d'ensembles de données et de méthodes d'analyse pertinents à grande échelle. Ici, nous présentons un ensemble de données de site de début de transcription à grande échelle (TSS) accessible au public dans les plantes à l'aide d'une méthode à haute résolution pour l'analyse des extrémités 5' des transcrits d'ARNm. Notre ensemble de données est produit à l'aide du protocole d'analyse appariée des sites de démarrage de la transcription (PEAT), fournissant des millions d'emplacements de TSS à partir d'échantillons de racines entières de type sauvage Columbia-0 Arabidopsis thaliana. À l'aide de cet ensemble de données, nous avons regroupé les lectures TSS en « clusters de balises TSS » et catégorisé les clusters en trois modèles d'initiation spatiale : pic étroit, large avec pic et pic faible. Nous avons ensuite conçu un modèle d'apprentissage automatique qui prédit la présence de clusters de balises TSS avec une sensibilité et une spécificité exceptionnelles pour les trois modèles d'initiation. Nous avons utilisé ce modèle pour analyser le contenu du site de liaison du facteur de transcription des promoteurs présentant ces modèles d'initiation. Contrairement aux notions canoniques de promoteurs contenant TATA et plus larges "sans TATA", le modèle montre que, chez les plantes, la grande majorité des sites de démarrage de la transcription sont sans TATA et sont définis par un vaste recueil de liaisons de séquences d'ADN connues. éléments. Nous présentons des résultats sur l'utilisation de ces éléments et fournissons notre modèle Plant PEAT Peaks (3PEAT) qui prédit la présence de TSS directement à partir de la séquence.

© 2014 Société américaine des biologistes végétaux. Tous les droits sont réservés.

Les figures

Ensemble de données PEAT Exemples de…

Ensemble de données PEAT Exemples de balises NP (en haut), BP (au milieu) et WP (en bas)…

Le diagramme affiche un exemple de…

Le diagramme affiche un exemple de promoteur de pic de PEAT, tel que considéré par le…

Exemple de sortie de scan génomique de…

Exemple de sortie d'analyse génomique du modèle 3PEAT, montrant la concordance des TSS prédits, PEAT…

Comparaison de trois ROE définis…

Comparaison de trois ROE définis par les données PEAT NP (en haut) par rapport aux ROE définis…

Coefficients du modèle 3PEAT pour NP…

Coefficients de modèle 3PEAT pour les modèles NP et WP, formant les signatures du promoteur. Coefficients du modèle…

Comparaison du pourcentage de…

Comparaison du pourcentage de promoteurs TATA+ versus TATA- selon PEAT TSS…


Qu'est-ce que la transcription eucaryote

La transcription eucaryote est plus complexe que la transcription eucaryote et se produit à l'intérieur du noyau. Contrairement aux procaryotes, les eucaryotes contiennent cinq types d'ARN polymérases selon le besoin de transcription et contiennent 10 à 17 sous-unités. Par exemple, l'ARN polymérase I transcrit de gros ARNm et l'ARN polymérase II transcrit le snRNA, le snoRNA et le miARN, etc. Ces cinq enzymes trouvées différemment dans les organismes, par exemple, les ARN polymérases IV et V ne sont présentes que dans les plantes.

Transcrire des molécules

Pré-ARNm, certains snARN, snoARN, certains miARN

ARNt, petits ARNr, certains snRNA, certains miARN

Molécules d'ARN participant à la formation de l'hétérochromatine

Tout d'abord, l'ADN se détache des protéines histones et se déroule près de la région promotrice. L'ARN polymérase et d'autres facteurs de transcription comprenant des amplificateurs seront liés à la région promotrice. La transcription commence au site d'initiation de la transcription et monte jusqu'au signal de terminaison de la transcription. Contrairement aux procaryotes, la transcription est très longue et passe par un traitement approfondi. L'ARNm nouvellement formé est appelé pré-ARNm. Ceci est traité en découpant la région non codante, et les régions codantes seront réunies à nouveau. C'est ce qu'on appelle l'ARNm mature, et il est prêt à être traduit. C'est le processus complet de transcription.

Cellule eucaryote (Animal)


Étapes de la transcription

Figure 2. La transcription se produit au cours des trois étapes - initiation, élongation et terminaison - toutes présentées ici.

La transcription se déroule en trois étapes : initiation, élongation et terminaison. The steps are illustrated in Figure 2.

  1. Initiation is the beginning of transcription. It occurs when the enzyme RNA polymerase binds to a region of a gene called the promoter. This signals the DNA to unwind so the enzyme can ‘‘read’’ the bases in one of the DNA strands. The enzyme is now ready to make a strand of mRNA with a complementary sequence of bases.
  2. Elongation is the addition of nucleotides to the mRNA strand. RNA polymerase reads the unwound DNA strand and builds the mRNA molecule, using complementary base pairs. There is a brief time during this process when the newly formed RNA is bound to the unwound DNA. During this process, an adenine (A) in the DNA binds to an uracil (U) in the RNA.
  3. Résiliation is the ending of transcription, and occurs when RNA polymerase crosses a stop (termination) sequence in the gene. Le brin d'ARNm est complet et il se détache de l'ADN.

This video provides a review of these steps. You can stop watching the video at 5:35. (After this point, it discusses translation, which we’ll discuss in the next outcome.)


Types of mRNA

Pre-mRNA and hnRNA

Precursor mRNA (pre-mRNA) is the primary transcript of eukaryotic mRNA as it comes off the DNA template. Pre-mRNA is part of a group of RNAs called heterogeneous nuclear RNA (hnRNA). hnRNA refers to all single strand RNA located inside the nucleus of the cell where transcription takes place (DNA->RNA) and pre-mRNA form a large part of these ribonucleic acids. Pre-mRNA contains sequences that need to be removed or “spliced out” before being translated into a protein. These sequences can either be removed through the catalytic activity of the RNA itself, or through the action of a multi-protein structure called spliceosome. After this processing step, the pre-mRNA is considered as a mature mRNA transcript.

The diagram below describes the structure of pre-mRNA. Pre-mRNA includes introns and may or may not include the 5’ cap and poly-adenylated 3’ tail:

Monocistronic mRNA

A monocistronic mRNA molecule contains the exon sequences coding for a single protein. Most eukaryotic mRNAs are monocistronic.

Bicistronic mRNA

A bicistronic mRNA molecule contains the exon coding sequences for two proteins.

ARNm polycistronique

A polycistronic mRNA molecule contains the exon coding sequences for multiple proteins. Most mRNA of bacteria and bacteriophages (viruses that live in bacterial hosts) are polycistronic.


Affiliations

Department of Human Genetics, Leiden University Medical Center, Leiden, 2300 RC, The Netherlands

Seyed Yahya Anvar, Guy Allard, Eleonora de Klerk, Martijn Vermaat, Yavuz Ariyurek, Johan T. den Dunnen & Peter A. C. ‘t Hoen

Leiden Genome Technology Center, Leiden University Medical Center, Leiden, 2300 RC, The Netherlands

Seyed Yahya Anvar, Martijn Vermaat, Yavuz Ariyurek & Johan T. den Dunnen

Department of Clinical Pharmacy and Toxicology, Leiden University Medical Center, Leiden, 2300 RC, The Netherlands

Pacific Biosciences, 1305 O’Brien Drive, Menlo Park, CA, 94025, USA

Elizabeth Tseng & Stephen W. Turner

Center for Cancer Systems Biology (CCSB) and Department of Cancer Biology, Dana-Farber Cancer Institute, Boston, MA, 02215, USA

Department of Genetics, Harvard Medical School, Boston, MA, 02115, USA

Department of Microbiology and Immunology, UCSF Diabetes Center, University of California San Francisco (UCSF), San Francisco, CA, 94143-0534, USA

LGC Biosearch Technologies, Petaluma, CA, 94954-6904, USA

Raymund H. Yin & Hans E. Johansson

Centre for Molecular and Biomolecular Informatics, Radboud Institute for Molecular Life Sciences, Radboud University Medical Center, Nijmegen, The Netherlands


Initiation

The regions of the DNA that signal initiation of transcription in prokaryotes are termed promoters. (We consider their role in gene regulation in Chapter 11.) Figure 10-8 shows the promoter sequences from 13 different transcription initiation points on the E. coli génome. The bases are aligned according to homologies, or similar base sequences, that appear just before the first base transcribed (designated the “initiation site” in Figure 10-8).

Figure 10-8

Promoter sequence. (a) The promoter lies “upstream” (toward 5′ end) of the initiation point and coding sequences. (Remember, transcription actually takes place on the complementary strand.) (b) Promoter sites have regions of similar (more. )

Note in Figure 10-8 that two regions of partial homology appear in virtually each case. These regions have been termed the � and � regions because of their locations relative to the transcription initiation point. At the bottom of Figure 10-8, an ideal, or consensus, sequence of a promoter is given. Physical experiments have confirmed that RNA polymerase makes contact with these two regions when binding to the DNA. The enzyme then unwinds DNA and begins the synthesis of an RNA molecule.

The dissociative subunit of RNA polymerase, the σ factor, allows RNA polymerase to recognize and bind specifically to promoter regions. First, the holoenzyme searches for a promoter (Figure 10-9a) and initially binds loosely to it, recognizing the � and � regions. The resulting structure is termed a closed promoter complex (Figure 10-9b). Then, the enzyme binds more tightly, unwinding bases near the � region. When the bound polymerase causes this local denaturation of the DNA duplex, it is said to form an open promoter complex (Figure 10-9c). This initiation step, the formation of an open complex, requires the sigma factor.

Figure 10-9

Initiation of transcription. (a) RNA polymerase searches for a promoter site. (b) It recognizes a promoter site and binds tightly, forming a closed complex. (c) The holoenzyme unwinds a short stretch of DNA, forming an open complex. Transcription begins, (more. )


Sommaire

Before the synthesis of a particular protein can begin, the corresponding mRNA molecule must be produced by transcription. Bacteria contain a single type of RNA polymerase (the enzyme that carries out the transcription of DNA into RNA). An mRNA molecule is produced when this enzyme initiates transcription at a promoter, synthesizes the RNA by chain elongation, stops transcription at a terminator, and releases both the DNA template and the completed mRNA molecule. In eucaryotic cells, the process of transcription is much more complex, and there are three RNA polymerases�signated polymerase I, II, and III—that are related evolutionarily to one another and to the bacterial polymerase.

Eucaryotic mRNA is synthesized by RNA polymerase II. This enzyme requires a series of additional proteins, termed the general transcription factors, to initiate transcription on a purified DNA template and still more proteins (including chromatin-remodeling complexes and histone acetyltransferases) to initiate transcription on its chromatin template inside the cell. During the elongation phase of transcription, the nascent RNA undergoes three types of processing events: a special nucleotide is added to its 5′ end (capping), intron sequences are removed from the middle of the RNA molecule (splicing), and the 3′ end of the RNA is generated (cleavage and polyadenylation). Some of these RNA processing events that modify the initial RNA transcript (for example, those involved in RNA splicing) are carried out primarily by special small RNA molecules.

For some genes, RNA is the final product. In eucaryotes, these genes are usually transcribed by either RNA polymerase I or RNA polymerase III. RNA polymerase I makes the ribosomal RNAs. After their synthesis as a large precursor, the rRNAs are chemically modified, cleaved, and assembled into ribosomes in the nucleolus𠅊 distinct subnuclear structure that also helps to process some smaller RNA-protein complexes in the cell. Additional subnuclear structures (including Cajal bodies and interchromatin granule clusters) are sites where components involved in RNA processing are assembled, stored, and recycled.


Voir la vidéo: Die Transkription - Proteinbiosynthese Teil 1 (Janvier 2022).