L'expression génique est un processus cellulaire par lequel l'information codée dans un gène particulier est utilisée pour produire une protéine fonctionnelle ou une molécule d'ARN. Il se produit dans toutes les formes de vie connues, y compris les eucaryotes, les procaryotes ainsi que les virus. La transcription d'un gène en une molécule d'ARNm et la traduction de l'ARNm en une chaîne polynucléotidique d'une protéine fonctionnelle sont connues comme le dogme central de la biologie moléculaire. L'expression génique peut être régulée dans diverses étapes du processus telles que la transcription, les modifications post-transcriptionnelles, la traduction et les modifications post-traductionnelles. L'expression différentielle des gènes permet à la cellule de produire la quantité de protéines nécessaire au fonctionnement de la cellule.

Domaines clés couverts

1. Qu'est-ce que l'expression génique - Définition, transcription, traduction 2. Comment l'expression génique est-elle régulée – Définition, Régulation chez les eucaryotes et les procaryotes

Termes clés: eucaryotes, expression génique, ARNm, procaryotes, protéine, transcription, traduction

Qu'est-ce que l'expression génique

L'expression génique est le processus par lequel les instructions génétiques sont utilisées pour synthétiser les produits géniques. Généralement, l'information circule de l'ADN à l'ARNm à la protéine. Les deux étapes principales de l'expression des gènes sont la transcription et la traduction. Le dogme central de la biologie moléculaire est montré dans Figure 1.

Figure 1: Dogme central de la biologie moléculaire

Transcription

La transcription fait référence au processus de copie des informations d'un gène dans une nouvelle molécule d'ARN. C'est la première étape de l'expression des gènes chez les eucaryotes et les procaryotes. L'ARN polymérase est l'enzyme impliquée dans la transcription. Trois types différents d'ARN sont produits lors de la transcription: l'ARN messager (ARNm), l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARN ribosomique (ARNr). L'ARNm transporte l'information génétique du noyau vers le cytoplasme. L'ARNt est un ARN adaptateur qui sert de lien physique entre l'ARNm et les acides aminés. L'ARNr fait partie intégrante du ribosome. Le processus de transcription est illustré à la figure 2.

Figure 2: Transcription

Cependant, dans certains virus, le matériel génétique est un ARN de sens négatif. Ici, l'ARN polymérase ARN-dépendante transcrit l'ARN sens négatif en un ARNm.

Modifications post-transcriptionnelles

Les modifications post-transcriptionnelles font référence au processus de conversion du transcrit d'ARN primaire en une molécule d'ARNm mature. Ils se produisent principalement dans l'expression des gènes eucaryotes. La molécule d'ARNm produite par la transcription est connue sous le nom de transcrit d'ARN primaire ou pré-ARNm. Il est traité pour produire la molécule d'ARNm mature en quatre étapes: coiffage 5', polyadénylation et épissage alternatif. Les Capuchonnage 5' est l'ajout d'un GTP à l'extrémité 5' de la molécule de pré-ARNm. Polyadénylation est l'ajout d'une queue poly-A à l'extrémité 3' de la molécule de pré-ARNm. La coiffe 5' et la queue poly-A empêchent la dégradation de la molécule d'ARNm. Les gènes eucaryotes sont constitués d'introns et d'exons. Seuls les introns sont codés pour la séquence d'acides aminés d'un gène. Par conséquent, les exons sont supprimés lors de l'épissage de l'ARN. Épissage alternatif est la production de séquences codantes de plusieurs chaînes polypeptidiques en combinant différents modèles d'introns. La modification post-transcriptionnelle dans l'ARNm eucaryote est illustrée à la figure 3.

Figure 3: Modifications post-transcriptionnelles

La plupart des gènes procaryotes se trouvent dans des grappes appelées opérons. Les opérons sont constitués de plusieurs gènes fonctionnellement liés régulés par un seul promoteur. Ils se transcrivent pour produire une molécule d'ARNm polycistronique qui synthétise plusieurs protéines fonctionnellement apparentées.

Traduction

La traduction fait référence au processus par lequel le code génétique porté par une molécule d'ARNm est décodé, produisant une chaîne polypeptidique d'une protéine particulière. Il se produit dans le cytoplasme par les ribosomes. Un système de trois acides aminés est impliqué dans la détermination de chaque acide aminé dans la chaîne polypeptidique. Les trois nucléotides de l'ARNm qui représentent un acide aminé sont appelés codon. Le système de codons complet est connu sous le nom de code génétique. Différentes molécules d'ARNt contiennent des anticodons qui se fixent avec chaque codon de l'ARNm. Par conséquent, ils portent l'acide aminé correspondant pour la synthèse de la chaîne polypeptidique. La traduction est montrée dans la figure 4.

Figure 4: Traduction

Modifications post-traductionnelles

Les modifications post-traductionnelles sont la modification covalente et enzymatique de la chaîne polypeptidique d'une protéine fonctionnelle. Différents groupes polysaccharidiques, lipidiques ou inorganiques sont ajoutés afin de produire une protéine fonctionnelle. Ces modifications sont connues sous le nom de glycosylation, phosphorylation, sulfatation, etc. Différents cofacteurs peuvent également être ajoutés pour réguler la fonction de la protéine. Les modifications post-traductionnelles de la protéine insuline sont présentées sur la figure 5.

Figure 5: Modifications post-traductionnelles

Comment l'expression des gènes est-elle régulée

La cellule régule l'expression des gènes pour augmenter ou diminuer le nombre de protéines produites à l'intérieur de la cellule. Chez les eucaryotes, cela peut être réalisé à travers les différentes étapes de l'expression génique telles que la transcription, les modifications post-transcriptionnelles, la traduction et les modifications post-traductionnelles. Cependant, chez les procaryotes, la régulation de l'expression génique est réalisée lors de l'initiation de l'expression génique.

Conclusion

La production de protéines fonctionnelles à l'intérieur de la cellule est obtenue grâce à l'expression de gènes dans le génome. Les deux étapes principales de l'expression des gènes sont la transcription et la traduction dans toutes sortes d'organismes vivants, y compris les eucaryotes, les procaryotes et les virus. La transcription est la production d'une molécule d'ARNm basée sur la séquence nucléotidique du gène. La traduction est la production d'une chaîne polypeptidique basée sur la séquence de codons de la molécule d'ARNm. Chez les eucaryotes, l'expression des gènes peut être régulée à la fois au niveau transcriptionnel et traductionnel. Cependant, l'expression des gènes chez les procaryotes est régulée lors de l'initiation de la transcription.

Référence:

1. « 10.3.1 Expression des gènes et synthèse des protéines. » Plantes en action, disponible ici.

Image de courtoisie:

1. «Dogme central de la biochimie moléculaire avec des enzymes» de Dhorspool sur en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. «Processus de transcription (13080846733)» Par Genomics Education Program - Processus de transcription (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia 3. "Figure 15 03 02" par CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia 4. "0324 Traduction de l'ADN et codons" par OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia 5. "Chemin de l'insuline" par Téléchargé par Fred l'huître (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia