Transcription (biologie) - Définition

Chez les eucaryotes

structure de l'ARN polymérase II complexée à l'ADN matrice (vert). Le brin d'ARN transcrit est en jaune

De nombreuses différences existent par rapport à la transcription chez les procaryotes. La transcription se déroule dans le noyau cellulaire. La chromatine doit au préalable avoir été décompactée (euchromatine) pour permettre à la machinerie protéique d'accéder à l'ADN. Contrairement aux procaryotes, l'ARN produit par la transcription n'est pas directement utilisable par les ribosomes et devra subir plusieurs étapes de maturation post-transcriptionnelle.

Enfin il existe 3 types d'ARN polymérase différentes au lieu de l'unique pour les procaryotes. Mais seules, ces ARN polymérases ne peuvent rien faire et elles doivent être accompagnées de facteurs de transcription généraux (protéines). Ces facteurs se nomment TF_I, TF_II, TF_III… ce qui constitue un complexe protéique constitué de 8 à 14 sous unités.

Comme précédemment on retrouve les 3 phases distinctes dans le processus de transcription à commencer par l'initiation. L'équivalent chez les eucaryotes de la « boîte de Pribnow » est la « boîte TATA » située environ 30 paires de bases avant l'origine de transcription, celle-ci joue un rôle prépondérant puisqu'elle va fixer l'ARN polymérase II. Deux autres « boîtes » font aussi partie des séquences consensus parmi elles : la boîte CAAT (située à environ 70 paires de bases en amont du site d'initiation de la transcription) qui est un site modulateur de la transcription et la boîte GC. Enfin on trouve une région dite « Enhancer » qui peut stimuler la transcription à plusieurs centaines de paires de bases du lieu de la transcription.

L'initiation par l'ARN polymérase commence par la protéine TF_{II D} qui est elle-même constituée de la protéine de liaison TBP qui va se fixer sur la boîte TATA ce qui va constituer le cœur du complexe d'initiation.

Ensuite les différents facteurs généraux de transcription viennent s'assembler sur ce « noyau ». La TF_{II A} vient stabiliser le complexe TF_{II D}-ADN, la TF_{II B} et TF_{II E} se lient à l'ADN, la TF_{II F} qui est une hélicase ATP-dépendante et enfin l'ARN polymérase II. Cependant ce complexe ne peut initier la transcription qu'à une faible fréquence. Des facteurs de transition supplémentaires doivent intervenir. Parmi eux le CTF (NF1) se lie à la boîte CAAT, le Sp 1 se lie aux boîtes GC : ce sont des trans-activateurs. Par ailleurs, les séquences « enhancers » « cis activateurs » seront elles-mêmes activées par des protéines activatrices et par une boucle sur elle-même de l'ADN ces mêmes protéines vont entrer en contact avec la boîte TATA.

L'élongation peut alors commencer ; l'élément central de l'élongation est la phosphorylation du domaine CTD (Carboxy Terminal Domain), domaine spécifique de la sous unité de 220 kDa de l'ARN polymérase II. Celle-ci est riche en sérine et en thréonine qui sont deux acides aminés pouvant être phoshorylés sur leur groupement hydroxyle. La phosphorylation par TF_{II H} (du domaine CTD) qui est une protéine Kinase en présence d'ATP va déplacer l'ARN polymérase jusqu'au lieu d'origine de la transcription. L'addition séquentielle des ribonucléotides peut alors démarrer.

La terminaison est assurée par des signaux spécifiques dont le signal de polyadénylation AAUAAA. la polymérase continue sa transcription un peu après ce motif puis est libérée sous l'action de divers facteurs. La transcription proprement dite est terminée mais l'ARN obtenu n'est pas fonctionnel pour autant et doit subir 3 étapes de maturation. L'ARN est clivé au niveau du signal de polyadénylation et une polymérase spécifique (la polyA Polymérase ou PAP) ajoute de nombreux résidus Adénine (50 chez les levures, 200 chez les eucaryotes supérieurs) : c'est la queue polyA, essentielle à la stabilité de l'ARN. Il est à noter que cette partie de l'ARN n'est pas codée dans l'ADN sous forme de polyT.

À l'autre extrémité 5', l'addition d'une coiffe méthylguanosine est nécessaire pour la reconnaissance par les ribosomes lors de l'étape de traduction. Il faut malgré tout noter que les SnRNA qui sont aussi synthétisés par l'ARN pol II ont une coiffe mais ne passent pas dans les ribosomes pour être traduits !

L'ARN obtenu n'est pas encore prêt à être traduit et doit subir une dernière étape de maturation post-transcriptionnelle. En effet, l'ADN chez les eucaryotes possède des séquences codantes (Exons) et des séquences non codantes (Introns). Seuls les exons participent donc à la synthèse des protéines. L'ARN des eucaryotes est d'abord produit sous forme de pré-ARNm qui contient toute la séquence du gène (introns + exons). Il subit ensuite une opération d'épissage : un complexe nucléoprotéique (le spliceosome) reconnaît les introns et les élimine (l'épissage permet en outre d'obtenir différentes protéines à partir d'un même gène en sélectionnant quels exons seront conservés : c'est l'épissage alternatif).

Les ARN 45S futurs 28 ; 18 ; 5.8S

Le gène 45S se trouve sur des séquences particulières de 5 chromosomes (13,14,15,21,22), appelées organisateur nucléolaire. Sur chacun de ces chromosomes il existe environ 40 copies du gène. C'est la transcription intense de cet ADN en ARN qui crée le nucléole. Sur l'ADN 45S, la reconnaissance de la TATA ne peut se faire directement. Il faut passer par la reconnaissance préalable de deux zones consensus : le promoteur central aux environs de +1 et UCE (upstream control element) plus en amont. UBF_I reconnaît UCE ce qui entraîne la courbure de l'ADN. Ainsi la TATA peut être reconnue par la TBP et les 3 TAF_I de SL_I. L'ARN polymerase_I est alors recrutée et peut démarrer directement la synthèse. Elle n'a pas de CTD et son simple recrutement permettrait de la faire démarrer. Cette synthèse s'arrête brusquement au niveau de séquences de terminaison.

Les gènes de classe III

Il s'agit des ARNt, de l'ARN 5S et des _SCARN dispersés dans le génome. Les mécanismes diffèrent dans les 3 cas. Leur particularité principale est de posséder des promoteurs internes c'est-à-dire en aval de +1.

• les ARNt

Possèdent deux séquences consensus : les boîtes A et B. Elles sont reconnues par TF_IIIC. TF_IIIB avec sa TBP et ses 2 TAF_III peut alors se fixer. L'ARN polymérase_III est recrutée. TF_IIIC s'en va et la synthèse peut alors commencer.

• les 5S

Possèdent une boîte C reconnue par TF_IIIA. TF_IIIC et B peuvent alors se fixer. L'ARN polymérase est recrutée et Les TF_IIIA et C s'en vont. La synthèse peut démarrer.

• Les ARN_Sc

Divers facteurs intermédiaires permettent la fixation des TAF_III et de TBP de TF_IIIB. La polymérase est recrutée et la synthèse démarre.