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C3-‐C4 – F. COIN Cours du 09/09/2011 de 16h à 18h NAKHLEH Laura Cancérologie NAKHLEH Pauline
L’expression et la sauvegarde de l’information génétique
I. Rappels Il y a aujourd’hui une notion d’organisation spatiale de l’expression des gènes qui est essentielle. La chromatine est associée à des régions particulières à l’intérieur du noyau, en particulier à la membrane nucléaire. Cette association de la chromatine avec la membrane nucléaire est importante pour la régulation de l’expression des gènes. On parle d’ «évènements» que ce soit de l’expression ou le maintien de l’expression génétique pour ce qui se passe uniquement à l’intérieur du noyau avec de multiples connections avec la membrane nucléaire. Ces connections avec la membrane nucléaire peuvent expliquer un certain nombre de maladies qui prédisposent au cancer et surtout au vieillissement accéléré de l’individu.
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II. La transcription
A. Définition La transcription est le passage d'une molécule d'ADN à une molécule d'ARN. Il y a 3 types d’ARN : -‐ Les ARN messagers (ARNm) -‐ Les ARN ribobomiques (ARNr) -‐ Les ARN de transfert (ARNt) vont permettre la traduction des protéines à l’aide des ARNr à partir de l’ARNm.
Il existe en plus chez les eucaryotes d’autres ARN, les petits ARN comme les ARNsna dont ont connaît aujourd’hui l’importance au niveau de l’expression et la régulation des gènes. Les ARNt et ARNr agissent dans le cytoplame pour la traduction (ne font pas l’objet du cours ici) → on va s’intéresser uniquement aux ARNm qui codent pour les protéines.
B. L’ARN polymérase
-‐ L'enzyme responsable de la transcription est l'ARN polymérase.
En fonction de l’ARN, une ARN polymérase différente est impliquée. Chez les eucaryotes, il y a 3 ARNpol différentes :
→L’ARN pol I est responsable de la synthèse de l’ARNr. →L’ARN pol III est responsable de la synthèse de l’ARNt et des petits ARN. →L’ARN pol II est responsable de la synthèse de l’ARNm.
C. De l’ARN pré messager à l’ARN mature
-‐ Découverte majeure dans la régulation de l’expression des gènes dans l’institut de
Pierre Chambon à Strasbourg (aujourd’hui l’IGBMC à llkirch) :
Les ARN des cellules eucaryotes (non bactériennes) ne sont pas complètement codants. Ils ont des séquences codantes (appelées exons) interrompues par des séquences non codantes (appelées introns). Il va donc y avoir un épissage des introns lors de la transcription (en parallèle). Rappel : Epissage = modification qui consiste à l’élimination des introns et à l’assemblage des exons.
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Ce mécanisme d’épissage est essentiel pour la diversité des protéines : à partir d’un seul ARNm, on peut, en faisant de l’épissage alternatif, exprimer différentes protéines (fonctionnelles et non fontionnelles). En régulant le mécanisme d’épissage, on peut jouer sur l’activité potentielle de la protéine. NB : les grandes découvertes sur la transcription dans les années 70-‐80-‐90 ont été faites à Strasbourg dans l’institut de Pierre Chambon à l’époque ou plus récemment à Illkirch à l’IGBMC. La molécule d'ARN directement synthétisée à partir du modèle ADN, ou «transcrit primaire» ou « ARN pré messager» reste dans le noyau et est traitée par un complexe enzymatique qui enlève tous les introns. C'est ce que l'on appelle l'épissage. L'ARN produit est plus court car il est dépourvu des introns. On l’appelle « ARN mature » en opposition à l’ARN pré messager (composé d’introns et d’exons). L’ARN mature traverse la membrane nucléaire, passe dans le cytoplasme et devient un « ARN messager » (ARNm). L'ARNm est alors pris en charge des ribosomes et des ARN de transfert (ARNt) et est traduit en protéine à partir des acides aminés.
III. Expression d’un gène A. Généralités
La molécule d’ADN est une molécule double brin (bicaténaire), antiparallèle, complémentaire. On définit au sein de la molécule d’ADN.
-‐ le brin codant orienté 5’-‐ 3’ qui porte l’information et n’est pas transcrit -‐ le brin matriciel/non codant orienté 3’-‐5’ qui sert de matrice à l’ARN polymérase
pour la synthèse de l’ARN. L’ARN synthétisé dans le sens 5’-‐3’
-‐ sera complémentaire et antiparallèle au brin matriciel/ non codant -‐ aura la même séquence que le brin codant avec des Uraciles à la place des Thymines.
Dans la traduction, le codon (3 nucléotides) est associé à un acide aminé, en chaine pour former la protéine.
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B. Régulation de l’expression des gènes
La régulation de l’expression des gènes peut se faire à différents niveaux.
→ il y autant d’étapes dans l’expression des gènes que de possibilités de moduler l’expression des gènes.
1. le contrôle transcriptionnel (ce qui nous intéresse dans ce cours) 2. le contrôle de la maturation par l’épissage alternatif de l’ARNm 3. la régulation du transport de l’ARNm à travers les pores de la membrane nucléaire 4. le contrôle de la traduction 5. le contrôle de l’activité de la protéine par des mécanismes que l’on appelle des
mécanismes de « modifications post traductionnelles » (phosphorylation, …) qui peuvent rendre la protéine inactive.
6. Dégradation : contrôle de la quantité de protéines par mécanisme d’ubiquination. Le transcrit, puisqu’il est simple brin, est sensible à la dégradation et va devoir être protégé de la dégradation des exo et endonucléases contrairement à l’ADN qui est double brin donc protégé de cette dégradation. En laboratoire, on prend beaucoup plus de précautions en manipulant l’ARN (gants, eau..) que l’ADN. Ainsi les ARNm vont subir des modifications post transcriptionnelles :
-‐ Capping 5’ : ajout d’une coiffe en 5’. Cette coiffe est essentiellement composée de
méthyl-‐guanine par une liaison pyrophosphate 5’-‐5’ -‐ Polyadénylation 3’ : ajout d’une queue poly A en 3’ ( fin de l’ARNm)
On a montré que plus la queue polyA est longue, plus l’ARNm est protégé donc on pense que c’est un sorte de tampon : l’information génétique a le temps d’être exprimée lorsque la queue de polyA est dégradée par les exonucléases.
-‐ (Edition et épissage non évoqué ici)
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C. ARNm muté
Dans un organisme normal, l’ADN contient un gène transcrit en ARNm, traduit en protéine.
Dans les maladies évoquées plus loin, il y a toujours à l’origine un problème au niveau de l’ADN. Une lésion au niveau du gène donne un ARNm muté ce qui donne une protéine modifiée avec une conséquence possible sur le dérèglement de la fonction de cette protéine.
Il se peut également que ces dérèglements viennent des micro RNA. Dans ce cours, on s’intéresse plus à la protéine modifiée. La protéine peut être :
-‐ soit plus active que la protéine normale -‐ soit moins active que la protéine normale
Cela définit alors 2 types de gènes :
-‐ gène suppresseur de tumeur son activité est inhibée par la présence de ces mutations il va y avoir un problème au niveau de la cellule parce que ce gène ne
fonctionne plus correctement. -‐ gène oncogène
son activité est augmentée par la présence de la mutation l’augmentation de son activité peut conduire à des dérèglements et
donc à l’apparition de cancer.
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D. Distinction des types de maladies Maladies génétiques Les maladies génétiques sont dues à un défaut de fonctionnement d'un gène. Elles sont héréditaires, donc transmise des parents à l’enfant. Elles sont dominantes ou récessives, selon que l'allèle responsable de la maladie est :
-‐ dominant : présence d’un seul gène muté pour avoir la maladie -‐ ou récessif : présence des 2 gènes mutés pour avoir la maladie
On peut aussi les classer en fonction de la position du gène responsable de l'anomalie. → S'il est situé sur la paire de chromosomes sexuels, la maladie est dite gonosomale. → S'il est localisé sur une paire de chrs homologues, la maladie est dite autosomale. On parle donc de maladie autosomale récessive (ex : phénylcétonurie) ou de maladie gonosomale récessive (ex : hémophilie). Maladies chromosomiques Les maladies chromosomiques sont dues à la présence d'un chromosome supplémentaire sur une des paires (trisomie) ou à l'absence d'un chromosome sur une des paires (monosomie). Leur origine se situe au moment de la méiose pendant la gamétogenèse. Attention à la différence : Dans une maladie génétique, un seul gène est touché. Donc une protéine (produit du gène) voit son activité déréglée. Dans une maladie chromosomique, un ensemble de gène est modifié. Ex : la trisomie est du à l’apparition d’un chromosome supplémentaire. L’expression et l’activité de l’ensemble des gènes portés par ce chromosome supplémentaire subit une dérégulation. C’est une maladie qui a des conséquences importantes mais elle n’est pas due à un gène en particulier. Maladies rares ou dites « orphelines » Ce sont des maladies dont on ne connaît pas le gène qui est muté donc on ne connaît pas l’origine de la mutation. Une maladie est dite rare si son incidence est très faible, c'est à dire qu’elle touche très peu de personnes: Entre 1/1000 aux USA à 1/2000 en Europe. C’est de plus en plus rare avec l’avènement du séquençage. Toutes les semaines, les gènes de maladie sont découverts. Les maladies évoquées plus loin notamment celle des « enfants de la lune » sont des maladies rares. Elles ont une incidence faible car elles sont souvent récessives : il faut que les 2 parents soient porteurs de la mutation. Ainsi, elles n’arrivent que dans des cas particuliers. On retrouve ces maladies
-‐ dans les sociétés où il y a plus de consanguinité que dans d’autres type de société. -‐ dans des pays isolés ou localisés sur des îles. Ex : au japon, il ya une forte
concentration de ces maladies (enfants de la lune) car il y une plus grande propension à se marier entre eux.
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IV. Mécanisme de la transcription A. Eléments sur l’ADN
Il faut des éléments au niveau de l’ADN qui localisent les gènes à transcrire. Ces éléments sont regroupés sous le terme général d’ « éléments promoteurs. »
1. Promoteur (proximal)
Un promoteur est une séquence au niveau de l’ADN qui permet à la machinerie de transcription de reconnaître l’existence dans cet endroit particulier de l’ADN d’un gène à transcrire. Le promoteur le plus connu est la TATA box. Il s’agit d’une succession de nucléotides Thymine et Adénine. D’autres gènes n’ont pas de TATAbox mais une autre séquence. Le promoteur sert à initier l’expression du gène.
2. Activateur/ répresseur (promoteur distal)
Si l’on veut que tel ou tel type de gènes s’expriment différemment d’une cellule à une autre, il faut à partir de la même information génétique, être capable d’allumer ou d’éteindre l’expression d’un gène. Ex : les cellules au niveau du cuir chevelu responsable de la synthèse des cheveux expriment la protéine kératine de façon importante tandis que les cellules situées au niveau de la plante du pied ne synthétisent pas cette kératine. → le gène de la kératine est allumé dans les cellules épithéliales du cuir chevelu. → le gène de la kératine est éteint dans les cellules de la voute plantaire. Ainsi il existe en amont des gènes des séquences activatrices ou répressibles, reconnues par les récepteurs activateurs/ répresseurs transcriptionnels. Cela permet de réguler, d’accélérer ou réprimer l’expression des gènes. Les protéines capables de reconnaître le promoteur de l’activateur/ le répresseur sont différentes en fonction de la cellule. Ce qui va permettre la régulation de l’expression ou non des gènes.
3. Lésions
Des lésions peuvent survenir sur l’ADN et vont être à l’origine de blocage de l’expression des gènes. Il y a donc une grande nécessite de réparer ces lésions avant que l’ARN polymérase arrive et qu’elle fixe la mutation prévue. On passe d’un nucléotide lésé à un nucléotide muté.
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B. Le complexe d’initiation de la transcription
Ces éléments promoteurs sont souvent reconnus par un certains nombre d’activateurs transcriptionnels. Les plus connus sont les récepteurs nucléaires. Les récepteurs nucléaires sont à l’origine de la régulation hormonale. L’hormone (acide rétinoïque, vitamine D, androgènes, œstrogène,…) reconnaît les récepteurs dans la cellule, les active pour qu’ils puissent s’associer sur les séquences activatrices en amont des gènes , ce qui permet à ces séquences de devenir fonctionnelles et d’exprimer de façon plus importante un gène. Ainsi, le travail d’une hormone est de réguler l’expression des gènes car ses récepteurs facilitent l’expression. Les facteurs généraux de la transcription Découverte : Dans les années 70, Pierre Chambon à l’institut de génétique, a l’idée de purifier l’ARNpol II à partir d’extraits de thymus. En mettant l’ARNpol avec de l’ADN contenant un promoteur, il n’obtient aucun résultat. → L’ARNpol est incapable à elle toute seule d’exprimer de l’ARN. Il en déduit que des facteurs aidant l’ARNpol à transcrire un gène manquent. → On les a appelé les « facteurs généraux de la transcription » Plus tard, on a modifié ce nom en « TFII » (II pour désigner les facteurs associés à l’ARNpol II). A chaque fois qu’un autre facteur a été purifié, on lui ont attribuait une lettre A,B,C… Il y a eu des erreurs. Ex : TFIIC n’existe plus car ce n’est pas un facteur général de transcription. L’ensemble des autres lettres est resté. Si on veut réaliser la transcription d’un ADN in vitro, il faut que l’ensemble de ces protéines soit présentes. On appelle cet ensemble de protéines qui sont des facteurs de base de transcription : « Le complexe de pré-‐initiation de la transcription »
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V. Régulation de la transcription On peut réguler la transcription en jouant sur les séquences activatrices en amont des gènes. Une autre façon de réguler la transcription des gènes est la présence chez les eucaryotes de l’hétérochromatine.
A. Les nucléosomes Années 90 : on a pu comprendre comment la cellule levait le bloc naturel que constituent les nucléosomes contre l’expression et comment cela favorisait l’expression d’un gène à partir de la modification de la structure chromosomique.
La chromatine est constituée de nucléosomes. Ces nucléosomes sont constitués d’ADN entouré sur les histones (H2A, H2B, H3, H4) L’association des nucléosomes entre eux forme la chromatine.
1. Les histones
Les extrémités N-‐term et C-‐term des histones sortent du nucléosome. Les modifications de ces extrémités vont constituer la plus grande partie de la régulation de l’expression des gènes En modifiant l’extrémité des histones au sein du nucléosome, la cellule arrive à modifier la structure de la chromatine et à rendre accessible les promoteurs aux facteurs de base de la transcription.
En microscopie électronique, on observe un chapelet de nucléosomes. Le nucléosome contient l’enroulement de l’ADN sur 150 pb. Entre 2 nucléosomes il y a environ 100 pb. L’histone H1 se trouve entre 2 nucléosomes. Son rôle est plus complexe. Les éléments promoteurs, la région activatrice, sont pris au sein du nucléosome.
Les facteurs de transcriptions ne peuvent pas venir s’associer en présence de nucléosomes. Les nucléosomes représentent une barrière physique à l’accès de facteurs de transcription.
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2. L’épigénétique
Pour réguler l’expression d’un gène, on peut avoir recours à la génétique mais aussi à l’épigénétisme. La chromatine est à l’origine de l’épigénétisme. L’épigénétique est différent de la génétique dans le sens où les modifications transmises de la cellule mère à la cellule fille sont réversibles (contrairement avec la génétique où les modifications sont irréversibles). →Si les 2 parents ont les yeux bleus et que l’enfant a les yeux bleus, c’est de la génétique. → Si les 2 parents sont grands et que l’enfant est petit, ce n’est pas de la génétique mais de l’épigénétique, car le frère ou la sœur peut être aussi grand que les parents. Tout n’est pas de la génétique, tout n’est pas inscrit dans les gènes. Un grand nombre de choses peut être compris en lisant l’information génétique mais d’autres ne dépendent pas de l’information génétique. Les choses qui ne dépendent pas de l’IG mais qui sont transmises et qui vont guider le phénotype s’appellent de l’épigénétique. Elles ont surtout un rôle à jouer avec la modification des histones Donc l’épigénétique correspond à des modifications transmissibles mais réversibles (contraste avec la génétique) de l’expression des gènes ne s’accompagnant pas de changements des séquences nucléotidiques. Elle touche très souvent (pas à 100%) les histones. L’épigénétique est très souvent lié à la modification des histones.
3. Modifications des histones
Pour déplacer les nucléosomes des séquences régulatrices, il y a 3 grandes classes de protéines qui sont capables d’effectuer les remodelages de la chromatine pour permettre l’expression d’un gène :
-‐ les facteurs de remodelage ATP dépendants (SWI/SNF ou homologues de SWI/SNF) Ils utilisent l’ATP comme source d ‘énergie pour déplacer physiquement (en poussant) les nucléosomes et remodeler la chromatine.
-‐ Modification de l’acétylation
o Les histones acétyl transférases (HAT) sont capables de transporter un groupement acétyl sur un histone.
Ces acétylations vont apporter des charges négatives aux histones et vont moduler l’interaction entre l’histone et l’ADN. Il va y avoir une répulsion car l’ADN est également chargé négativement.
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o L’épigénétique est un phénomène réversible ainsi on a découvert l’existence des histones déacétylases (HDAC) : elles sont capables de décharger l’histone de sa charge négative et donc de recompacter la chromatine.
Une acétylation permet une décompaction → action positive sur la transcription. Une déacétylation permet une recompaction → action négative sur la transcription.
Il y a aujourd’hui des drogues qui ciblent les HDAC pour lutter contre les cancers car elles vont inhiber ou activer les HDAC pour réguler l’expression des gènes en modifiant l’activité de ses protéines. Les HDAC sont très prometteurs dans les traitements futurs.
-‐ Modification de la méthylation o les histones méthyl transférases : Un groupement méthyl est associé sur les
histones o les histones déméthylases (équivalent des HDAC mais avec un groupement
métyl)
Il est plus difficile de jouer sur celles ci car leur rôle n’est pas aussi bien défini que les HAT et les HDAC. En fonction du gène, on va l’activer ou le réprimer en ajoutant ou enlevant la méthylation. Il n’y a pas de règles. Cela dépend de la situation.
-‐ Ubiquitination par l’Ubiquitine ligase -‐ Sumo ligase -‐ Phosphorylation : kinase….
Identification des facteurs (les plus connus) agissant dans la régulation de la transcription :
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4. Code des histones
A partir du même raisonnement que le code génétique (un codon code pour un acide aminé) on a crée le code épigénétique ou code des histones. Il correspond aux différents acides aminés qui peuvent être modifiés au niveau de l’extrémité des histones.
Ex : L’histone H3 est le plus modifié des différents histones. A partir de l’histone H3 on a regardé quels sont les aa modifiés. →En haut on a toutes les modifications ayant un effet positif sur la transcription. →En bas on a toutes les modifications ayant un effet négatif sur la transcription. Ces modifications peuvent se combiner c’est à dire -‐ on peut avoir une méthylation par Set1 de l’aa 4 et en même temps un déméthylation de 36. On a donc un effet posifif et un effet négatif. -‐ on sait également que une méthylation de H4 va influencer l’acétylation de H3. Il y a donc des relations entre ces modifications. Finalement c’est un peu comme un code binaire (0 : transcrit pas ou 1 : transcrit). Ce code particulier va dépendre de plusieurs paramètres. On peut prédire l’expression d’un gène en regardant les modifications des histones, en lisant le code des histones.
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5. Chronologie des modifications des histones Il existe des facteurs de remodelage ATP dépendants qui vont pousser les nucléosomes pour faire de la place autour des éléments promoteurs. Les récepteurs nucléaires qui recrutent les hormones
-‐ se fixent sur les séquences activatrices -‐ attirent les facteurs de remodelage comme par exemple les HAT. -‐ Les HAT agissent sur les histones en les chargeant négativement -‐ Ce qui permet le relâchement de l’interaction ADN-‐histones.
On estime qu’il y a
-‐ tout d’abord l’action chimique de ces HAT, pour décompacter la chromatine -‐ et qu’ensuite les facteurs de remodelage ATP dépendant pourraient plus facilement
rentrer en action pour déplacer les histones de l’ADN.
6. Les histones variants
Une carte plus précise du génome humain a permis de trouver l’existence de gènes qui codaient pour des protéines qui ressemblaient aux histones. Ce sont des protéines incorporées aux nucléosomes mais qui ne sont pas les histones classiques. On les a appelés les histones variants. On les distingue des histones canoniques.
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Ex : L’histone variant : la protéine CENP-‐A La protéine CENP-‐A joue un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes car elle est capable de prendre la place de l’histone H3 dans la région centromérique. Or la région centromérique du chromosome est une région silencieuse. Il n’y a pas de gènes qui s’expriment dans cette région. Ceci est du à la présence de cet histone variant. Les histones variants ont un rôle important car ils sont modifiés de façon différente des histones canoniques. En remplaçant les histones canoniques par des histones variants au niveau de la région centromérique, on empêche toute modification de l’histone donc l’expression de gènes. Les histones variants H3.1, H3.2, H3.3 diffèrent de l’histone canonique H3 par la modification de 1 seul aa. Le reste est extrêment conservé. C’est très prometteur pour la chimiothérapie pour des traitements anti-‐cancéreux. Il y aura dans le futur des drogues qui cibleront ces histones variants.
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7. Immuno précipitation des histones corrélée au taux de transcription
On réalise une immunoprécipitation d’une protéine et on regarde quelles sont les régions de l’ADN qui réagissent particulièrement avec cette protéine. Les histones ont été une cible potentielle de ces expériences.
-‐ On a pris un anti-‐corps qui reconnaît spécifiquement la forme méthylée de l’histone H3 au niveau de la lysine 4.
-‐ On a immumoprécipité l’histone -‐ On a regardé avec quelles régions de l’ADN cet histone interagissait. -‐ On a ensuite relié ceci à l’expression de ce gène.
Par exemple :
-‐ L’acétylation de H3 ou H4 est toujours relié à une transcription positive du gène. On peut localisé les formes acétylées de H3 et H4, on les a toujours retrouvé autour de la région promotrice.
-‐ La lysine 4 de l’histone H peut être méthyle 3 fois.
La triple méthylation de la lysine 4 de H3 est liée a un taux positif de transcription. La méthyl 1 (unique) est plus ou moins corrélé avec la transcription tout au long du gène donc ce n’est pas une bonne marque au laboratoire.
Ce type de tableau permet de relier des types de modifications des histones à l’expression des gènes.
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B. Les facteurs d’élongation
La phase d’élongation nécessite des facteurs d’élongation, qui aident la polymérase II à transcrire l’ADN en ARN et qui restent au niveau du promoteur et n’accompagnent pas l’ARN polymérase :
-‐ TF II S -‐ Elongin ABS
A la fin de l’élongation, sur le gène se trouve une séquence terminatrice au bout de laquelle l’ARN polymérase tombe et l’ARN est terminé.
C. Aspect de la chromatine et transcription
En microscopie on peut observer : -‐ Euchromatine= Chromatine active, décondensée, siège d’une activité de transcription abondante (K4me3, AcH3) filaments clairs -‐ Hétérochromatine facultative= Active si modifiée (K4me2, K9me2…) -‐ Hétérochromatine= Chromatine inactive, condensée, imperméable à la transcription (K9me3, K27me3…) zone sombre, noire.
+1!
TATA!
pol II! TFIIF!
Elongation!
TFIIS, Elongin ABC!5ʼ!ARNm!
La phase dʼélongation!
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La chromatine active (euchromatine) se localise au centre du noyau. La chromatine inactive (hétérochromatine) se localise en périphérie sous la membrane nucléaire. A l’exception, des pores nucléaires où se localise préférentiellement de l’euchromatine, ce qui facilite l’expulsion des ARN. Chaque cellule du corps a une organisation précise de son information génétique au niveau du noyau. Les gènes abondamment transcrits dans une cellule on tendance à se localiser proche du pore nucléaire. L’organisation du noyau s’inscrit donc dans une logique de l’expression des gènes.
Insulateur : protéines qui se localisent à l’intersection entre l’euchromatine et l’hétérochromatine et qui empêchent les mécanismes de transcription de s’étendre au niveau de la chromatine inactive formant ainsi une sorte de barrière où s’accumulent les protéines de la transcription et délimitant l’euchromatine de l’hétérochromatine.
Les insulateurs interagissent entre eux à distance et sont également à l’origine de boucles de chromatine qui jouent un rôle important dans la régulation de l’expression des gènes. A droite, l’expression du gène est inhibée, à l’arrivée de l’hormone l’ADN s’allonge permettant l’expression du gène.
VI. Maladies qui touchent l’expression des gènes
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Le syndrome de Xeroderma Pigmentosum a pour origine des mutations du facteur de transcription TFIIH. Dès leurs plus jeunes âges, les patients atteints sont appelés enfants de la lune. Le syndrome de von Hippel-‐Lindau a pour origine des mutations dans les facteurs d’élongation (VHL et ELL) qui entrainent chez l’enfant, des leucémies très virulentes. Des maladies touchent les co activateurs ou les corépresseurs.
A. Le syndrome de William C’est un syndrome dans lequel la mutation éteint l’expression des gènes. Ce syndrome se caractérise par une hypercalcémie, un faciès caractéristique : visage d’elfe, grand front, joues pleines, grande bouche et un retard mental important. Cette maladie est due à des mutations dans le gène de la protéine BAZ 1 b. La protéine BAZ 1 b aide la machinerie transcritionnelle à transcrire les gènes qui sont sous la dépendance des récepteurs à la vitamine D. En effet, la vitamine D s’associe à des récepteurs qui recrutent des facteurs de remodelage de la chromatine, dans ce cas il s’agit de la protéine WINAC, responsables du déroulement de la chromatine. Chez les patients atteints du syndrome de William, la protéine BAZ1b est absente. Et même si la vitamine D est fixée sur ses récepteurs, ces derniers sont incapables de recruter la protéine WINAC.
B. L’α-‐thalassémie liée à l’X C’est un syndrome dans lequel la mutation active l’expression des gènes. En l’absence de maladie, l’expression d’un certain nombre de gènes est éteinte. Un complexe ATRX est chargé de méthyler les histones H3K9 lorsqu’il est activé, afin de réprimer l’expression des gènes (ADN compacté). Dans l’α-‐thalassémie liée à l’X, il existe une mutation du complexe ATRX, en son absence, les méthylation au niveau des gènes cibles sont inexistantes, le mécanisme d’activation de l’expression des gènes constitutive prend le dessus.
C. Le syndrome de Rett Le syndrome de Rett est une maladie génétique neurologique atteignant les filles et apparaissant après 6 et 18 mois de développement normal chez la petite fille. Le signe le plus distinctif de cette maladie est la disparition des mouvements coordonnés de la main qui sont remplacés par des mouvements répétitifs stéréotypés. (=tremblements)
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Après une période de régression, la maladie se stabilise avec l’apparition d’une déformation des pieds et des mains au cours de la croissance. Le développement de l’enfant est apparemment normal durant la grossesse et pendant les 5 premiers mois de vie. Puis : > La croissance du périmètre crânien se ralentit. >La perte de l’utilisation volontaire des mains suivie de stéréotypies (ex : mouvements de torsion, battement, tapotement). > La perte de la socialisation. > L'altération sévère du langage. > Le retard psychomoteur avec altération ou absence de la marche dans la petite enfance. Le système est semblable à celui de la thalassémie. En absence de la maladie, la transcription d’un certain nombre de gènes est inhibée : la protéine MECP2 attire l’enzyme histone désacétylase HDAC qui élimine les groupements acétyl sur les histones, il y a compaction de la chromatine. Dans le syndrome de Rett, la protéine MECP2 est absente, la HDAC n’est pas recruté, il ya décompactions de la chromatine et donc expression constitutive des gènes.
VII. Le facteur de base de la transcription : TFIIH
A. Structure moléculaire du TFIIH humain
Localisation de différentes sous-‐unités de TFIIH Le core forme une structure en cercle… …sur laquelle est posé le CAK
B. Fonctions du TFIIH
Le facteur TFIIH est une association 9 sous-‐unités protéiques de différentes fonctions que l’on peut regrouper en 3 catégories :
-‐ cdk 7 (kinase indispensable qui phosphoryle pol II lors de la transcription et un grand nombre de récepteurs nucléaires des hormones) + cycline H + MAT1 (protéine ajoutée aux 2 autres appelée ménage à trois MAT). Le couple Cdk7 et cycline H est invariant dans TFIIH. Ce complexe est indispensable à la transcription des gènes.
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-‐ Il y a 2 activités hélicase ATP ase portées par XPD et XPB, qui permettent de séparer
les 2 brins de la molécule d’ADN en simple brin, pour un accès au brin codant. XPB et XPD sont impliqués dans la réparation de l’ADN, et dans le cycle cellulaire, en plus de la transcription.
TFIIH a donc une triple fonction.
VIII. Lésions de l’ADN Le simple fait de respirer joue un rôle important dans le vieillissement de la peau en apportant des radicaux libres oxygénés à nos cellules. On compte 10 000 lésions par jours dans une seule cellule de notre organisme et ce taux est multiplié par dix lors d’une exposition solaire. A la fin de notre vie, on estime que 20 à 25% des nucléotides de notre génome ont été endommagés. Mais ces lésions auront été réparées avant que l’ADN polymérase ne viennent répliquer l’ADN. Il existe 2 origines possibles : Les lésions au niveau de la molécule d’ADN ont 3 conséquences possibles :
Helicase/ATPase!Helicase/ATPase!
Kinase!
TFIIH!
DNA repair!
Transcription!
Cell cycle!
Dysfonctionnement de la cellule
Apoptose (si exposition trop longue au Soleil = coup de soleil)
Mutations si l’apoptose échappe à certaines cellules mutées, il y réplication de la mutation. TUMEURS
ORIGINE
endogène
exogène
C3-‐C4 21/23
1. Systèmes de réparation La nécessité du maintien de l’intégrité du génome a conduit les organismes à développer des mécanismes de réparation de l’ADN.
• Les cassures double-‐brin occasionnées par les rayons X sont prises en charge par le système DSBR.
• Les lésions provoquées par les UV comme un dimère de thymine qui entraine la formation d’un cyclobutane ou provoquées par la fumée de cigarette qui apporte un dimère de benzopyrène entraine une distorsion de la molécule d’ADN qui va être prise en charge par le système NER (Nucléotide Excision Repair).
• L’altération de bases provoquée par désamination est prise en charge par le système
BER (Base Excision Repair).
• Un mésappariement obtenu lors de la réplication de l’ADN sera corriger par le système MMR (MisMatch Repair).
L’exposition au soleil provoque d’une part le vieillissement de la peau et fait augmenter le risque d’apparition de mélanome de la peau.
T T G A C G T
U G
lésions UV adduits volumineux
mésappariements altérations de
bases cassures double-brin
BER MMR NER DSBR
La réparation de lʼADN"
HNPCC Colorectal cancer
C3-‐C4 22/23
2. Les maladies génétiques de la réparation
Xeroderma pigmentosum (XP) Syndrome de Cockayne (CS) Trichothiodystrophie (TTD) L’ensemble de ces maladies touche des sous-‐unités du facteur de réparation TFIIH. Tableau clinique des syndromes de réparation :
Les patients touchés par chacune de ces maladies présentent une photosensibilité, un vieillissement accéléré (on parle de maladie progressive), une espérance de vie très réduite. Chez XP, l’enfant est vulnérable au soleil dès ces premiers jours et possède un risque très élevé (10 000 x) de développement de cancer de la peau. Par contre, il présente de faibles problèmes neurologiques. Chez CS, l’enfant est moins vulnérable aux cancers de la peau car il présente un taux d’apoptose élevé en cas de lésion de l’ADN. Par contre, il présente des problèmes de développement plus marqués. Chez TTD, le patient a des problèmes de cheveux (phanères cassants) : Expérience chez les souris : la souris du milieu est hétérozygote +/-‐ TTD.
Tableau clinique des syndromes de réparation!
SYMPTÔMES cutanés
développement
neurologiques
troubles mentaux ataxie microcéphalie
anomalies pigmentaires phanères cassants ichtyose cancers
dysmyélination dégénérescence
retard de croissance immaturité sexuelle
photosensibilité
CS
+
+ + +
- - - -
+ +
+ +
XP/CS
++
+ + +
+ - - +
+ +
+ +
TTD
+/-
+ +/- +/-
- + + -
+ -
+ +
XP
++
+/- +/- +/-
++ - -
++
- +
- -
C3-‐C4 23/23
Cas clinique en image :
Enfant de la lune. Xeroderma pigmentosum/Syndrome de cockayne : maladie génétique progressive
wt! TTD! +/-!
4 days!
10 days!
wt! TTD! +/-!
20 days!
30 days!
Les enfants de la lune!
4 mois! 18 mois! 6 ans!
Xeroderma pigmentosum/Syndrome de cockayne:maladie génétique progressive!
