dans l’épisode de ce mois—ci, nous allons revisiter un sujet auquel la plupart—peut-être même tous-les lecteurs ont été exposés dans un cours de premier cycle lointain, mais peut-être pas beaucoup de profondeur ou avec son importance pour les maladies génétiques humaines très clairement en dehors de quelques cas particuliers. Voici un test rapide: considérez la question suivante: « les mutations dans ou directement adjacentes aux régions codantes des gènes sont-elles les seules susceptibles de conduire à des états pathologiques? »Si votre réaction immédiate est de répondre à cela par un « oui », cet article est pour vous., (Si vous avez répondu « Non”, vous pourriez vouloir lire de toute façon et voir si votre logique est bonne!)
revenons à une biologie moléculaire très basique.,o contient des gènes, qui sont des régions de L’ADN qui sont transcrites en ARN; dans certains cas, cet ARN est lui—même directement fonctionnel (des choses comme les ARNt ou le composant 18S du ribosome, par exemple) mais dans la plupart des cas, l’ARN est un ARNm, portant une séquence codante de protéine qui est traduite par la machinerie ribosomique en une série d’acides aminés—une protéine-qui, par nature des diverses chimies de la chaîne latérale et de leurs interactions électrostatiques, de liaison hydrogène et hydrophobes, se replie jusqu’à un État d’énergie thermodynamique minimale pour créer un état fonctionnel.enzyme ou protéine structurelle., Les Mutations-changements à la séquence D’ADN sous—jacente-dans n’importe quelle région codante sont statistiquement susceptibles de provoquer des changements indésirables de la fonction dans le produit protéique final, bien que « probable” il y ait un rappel que de telles mutations peuvent être silencieuses (ce qui signifie Ne pas causer de changement de séquence protéique), ou non nuisibles (causant un changement qui n’a pas d’impact significatif), ou même peut-être avantageuses, donnant un produit biologiquement plus adapté.,
ce que ce résumé compressé d’environ deux ans de cours de biologie de premier cycle omet, c’est que ces gènes dans l’ADN ne se transcrivent pas comme par magie en ARN par eux-mêmes. En gardant à l’esprit que seule une petite fraction du génome humain porte des gènes réels tels que définis ci-dessus, il existe d’autres éléments de séquence D’ADN dont le seul rôle est de marquer où se trouvent les gènes et de contrôler leur niveau d’expression (transcription en ARN)., Il existe trois types particulièrement importants de ces éléments de contrôle, appelés promoteurs, renforceurs et répresseurs; et comme nous le verrons ci-dessous, les mutations dans l’un de ces éléments peuvent avoir des effets aussi graves (ou pires) que les mutations dans les séquences codantes.
promoteurs: le gardien proximal d’un gène
Les promoteurs sont des séquences relativement courtes (environ 100 à 1 000 paires de bases) toujours trouvées directement en amont (5’, par rapport au brin codant L’ADN) du gène qu’ils contrôlent (« drive”, dans le langage courant)., Ces séquences contiennent des éléments qui recrutent dans les ARN polymérases responsables de la transcription du gène. De manière très simpliste, si une séquence de promoteur définie particulière dans un type de cellule particulier et un réglage est au maximum efficace pour recruter L’ARN polymérase—appelons cela 100 pour cent d’activité—alors des variations dans la séquence peuvent se produire qui réduisent cette activité (moins D’ARN est fait par unité de temps)., Certains changements sont plus perturbateurs que d’autres, et dans les combinaisons, il n’est pas difficile d’imaginer comment les variations d’une « meilleure” séquence de promoteur peuvent conduire à un potentiel pour une gamme lisse de taux d’expression basale, de moins de 1% à 100% d’expression. C’est une excellente chose du point de vue d’une cellule, car elle permet à différents gènes d’avoir leurs niveaux d’expression adaptés à la quantité de produit génétique à l’état stable nécessaire.
en ajoutant (littéralement) une couche de complexité ici, les promoteurs ne lient pas directement L’ARN polymérase., Au lieu de cela, ils contiennent des sous-séquences plus courtes, qui sont reconnues comme sites de liaison pour une classe de protéines connues sous le nom de facteurs de transcription (TFs); il y en a un grand nombre, chacun avec son propre site de liaison de séquence D’ADN préféré (généralement court, 10-20 paires de bases) et leur propre niveau Beaucoup ont également, directement ou indirectement, des sites de liaison allostériques (secondaires) où des ligands tels que des métabolites ou des hormones peuvent se lier et influencer le niveau d’activité du facteur de transcription., En fait, c’est l’interaction complexe de tous ces différents facteurs de transcription et de leurs ligands modulateurs qui est au cœur de la définition de différents types de cellules, et un hépatocyte se comporte différemment d’une cellule épithéliale bien que les deux aient le même ADN—ils « reçoivent des signaux différents”—qui contrôlent leurs niveaux d’expression relatifs de divers gènes.,
Il est alors facile de comprendre comment une mutation au sein d’un promoteur, en changeant un site de liaison TF, peut entraîner des problèmes non pas par un changement de la fonction du produit génétique mature, mais par une variation du niveau d’expression du produit. Une régulation ascendante ou descendante indésirable d’un gène peut avoir de graves conséquences; et s’il est assez malheureux de se produire dans un gène qui contrôle à son tour l’expression ou l’activité d’autres gènes, tout un ensemble de gènes peut voir leurs niveaux modifiés par un seul changement de nucléotide., Dans presque tous les cas, ce n’est pas pour le mieux et un tel changement entraîne un État de maladie.
Le lecteur se souviendra que nous avons commencé cet article en indiquant qu’un promoteur est toujours directement en amont d’un gène. L’espacement entre le promoteur et le site de départ transcriptionnel (où le premier nucléotide D’ARN sera déposé dans une transcription naissante) est également important, de sorte que les mutations d’insertion ou de délétion—même celles qui ne modifient pas directement les sites de liaison TF spécifiques—peuvent avoir un impact sur le niveau d’expression du gène. Un exemple de cela immédiatement familier à tous les lecteurs serait la maladie de Huntington., Ici, un élément génétique instable se trouve entre le promoteur et le site de départ transcriptionnel. Normalement, l’espacement est acceptable et des niveaux suffisants de l’ARNm du gène Huntington sont transcrits; cependant, pendant la réplication cellulaire, l’élément instable peut avoir de l’ADN supplémentaire inséré, éloignant le promoteur du début du gène. Comme cela se produit, le promoteur est moins efficace pour conduire la transcription et les niveaux de transcription tombent., Si l’insertion est faible et que la baisse d’expression est faible, la maladie manifeste ne se produit pas, mais elle est considérée comme un État « porteur”, où une expansion ultérieure fera chuter l’expression des gènes en dessous des niveaux requis pour une fonction normale et les résultats de la pathologie de la maladie. (Transporteur, dans ce sens, n’est pas strictement identique à la signification de la génétique Mendélienne, donc les guillemets.,)
l’essentiel est que pour chaque gène, non seulement la séquence de section codante est importante pour le bon fonctionnement, mais il y a toujours une région promotrice adjacente qui est sensible aux mutations qui peuvent avoir de graves répercussions cliniques. Un gène peut avoir une séquence de codage de type sauvage parfaite et ne pas fonctionner comme nécessaire.
les activateurs et répresseurs
Les bonnes nouvelles au sujet des promoteurs est que nous savons où les trouver., En fait, en séquençant et en examinant un grand nombre d’entre eux dans divers contextes, et en identifiant les différents TF qui lient leurs sites de liaison et leurs ligands, nous comprenons, pouvons trouver, et dans le bon contexte, même manipuler des promoteurs à volonté pour faire des choses telles que créer une expression génétique spécifique aux tissus.
les exhausteurs et les répresseurs sont cependant plus difficiles. Ce sont des éléments de séquence D’ADN qui peuvent également moduler les niveaux d’expression des gènes (vers le haut pour les amplificateurs, et vers le bas pour les répresseurs, comme on peut le deviner)., Comme les promoteurs, ils sont courts (50-1, 000) éléments de paires de bases, et dans cet élément porteront des sites de liaison (souvent, comme des copies répétées) pour les protéines qui peuvent influencer les taux de transcription aux gènes voisins. À proximité est un terme intentionnellement vague cependant, car il peut aller jusqu’à 1 million de paires de bases loin du gène qu’il influence, et ils peuvent être en amont ou en aval—c’est—à-dire 5’ ou 3’ – au gène. Ils sont au moins limités à l’action dans cis ou en d’autres termes, sur le même chromosome contigu que le gène, mais les identifier en relation avec un gène particulier peut être difficile., Considérant le cas d’une séquence hypothétique enhancer, trouver des niveaux d’expression étonnamment bas d’un gène autrement intact avec une séquence promoteur apparemment normale serait le premier indice que des séquences enhancer pourraient être impliquées. Si un certain nombre de ces cas pouvaient être trouvés et que la région génomique flanquant le gène affecté pouvait être séquencée, l’identification de toutes les zones de changement génétique du type sauvage en commun parmi ces cas serait un endroit pour rechercher des éléments enhancer. Les dommages (altération ou délétion de séquence) de ceux-ci devraient réduire l’expression des gènes., L’image miroir de ceci dans un sens est un répresseur, qui partage les mêmes caractéristiques mais qui dans son état normal réduit l’expression du gène. Les Mutations au niveau d’un site répresseur provoquent alors une régulation ascendante indésirable dans l’expression des gènes.
comment les amplificateurs et les répresseurs fonctionnent—ils sur de si grandes distances-et peut-être plus intéressant, comment se fait-il qu’ils soient spécifiques? Autrement dit, un activateur ou un répresseur agira généralement sur un gène distal particulier, mais d’autres gènes proches de celui influencé peuvent ne pas être influencés., La réponse à cela est peut-être un peu décevante, car il n’y a rien d’étonnant; la réponse est, parce que l’activateur ou le répresseur n’est pas, spatialement, loin du gène qu’il régule. En d’autres termes, les amplificateurs et les répresseurs sont capables de travailler sur des cibles séquentiellement distales en raison de l’organisation de la chromatine. En enveloppant et en compactant des chromosomes pour s’adapter à l’intérieur d’un noyau cellulaire, des éléments de séquence distants peuvent être placés physiquement adjacents les uns aux autres de sorte qu’une protéine liant un élément de séquence touche directement et influence un autre., Le lecteur astucieux notera cependant que pour que cela fonctionne de manière fiable, l’emballage et l’organisation des gènes doivent se produire de manière reproductible de sorte que les deux sections chromosomiques puissent être considérées comme proches. Un lecteur encore plus astucieux pourrait en outre deviner que si l’organisation et l’emballage des chromosomes changent de manière fiable pendant les étapes du cycle cellulaire, on pourrait envisager des exhausteurs ou des répresseurs qui ne peuvent exercer une influence qu’à des moments spécifiques.,
Conclusion
le message à retenir de tout ce qui précède est que non, ce n’est pas seulement la séquence codante d’un gène donné qui peut muter et influencer la fonction biologique du gène. Cela a des implications possibles pour les informations relatives portées par le séquençage du génome entier vs projets de séquençage de l’exome entier—mais c’est un sujet pour un autre mois.
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