LA CELLULE
Tout d’abord laissez-nous, vous faire une brève description de la cellule. Il faut savoir que l’environnement dans lequel elle vit est complexe, et que celle-ci peut « capter » différents signaux, incluant des paramètres physiques tels que la température, la pression osmotique, des molécules biologiques signalétiques qui sont en provenance d’autres cellules (nutriments, produits chimiques nocifs…). Les cellules, en réponse à ces signaux, produisent les protéines appropriées qui agissent sur l’environnement interne ou externe.
Nous allons particulièrement nous intéresser aux interactions qu’il peut exister entre gènes et protéines. La cellule utilise des protéines spéciales nommés « facteurs de transcription » qui permettent d’influer sur un gène positivement ou négativement par rapport à la production de sa protéine. La synthèse d’une protéine passe par deux stades essentiels : le premier stade, qui est la transcription, permet la copie du code génétique (passage d’un segment d’ADN (gène) à l’ARNm (= Acide Ribonucléique messager)), le second stade, la traduction, va permettre le codage de l’ARNm en une chaîne d’acides aminés (La succession de ces deux étapes est parfois appelée le « dogme de la biologie moléculaire »). Finalement, la chaîne d’acides aminés se replie sur elle-même de façon complexe pour former une structure tri-dimensionnelle complexe : la protéine. Un facteur de transcription, aussi appelé régulateur de transcription, est une protéine qui régule le taux de transcription de gènes cibles spécifiques. Le facteur de transcription, une fois fixé sur une région de l’ADN qui précède le gène, affecte la probabilité que l’ARNp (= ARN polymérase = enzyme catalysant le processus de transcription) initie la transcription de l’ARNm.
Fig.2.2 (Reproduction de la figure 2.2 p.9 du livre d’U. ALON) :
Le promoteur est donc une région de l’ADN précédant le gène, qui contrôle le taux de transcription du gène. Il contient un site de fixation de l’ARNp et habituellement contient aussi des sites de fixation des facteurs de transcription. Les facteurs de transcription peuvent être (selon le gène cible) soit activateurs soit répresseurs. Un activateur est donc un facteur de transcription, qui, une fois fixé sur un site spécifique du promoteur du gène, augmente le taux de transcription d’un gène. On dit aussi qu’il exerce un contrôle positif sur le gène. Un répresseur diminue le taux de transcription, et donc exerce un contrôle négatif.
Pour résumer un facteur de transcription a pour rôle de réguler la production d’un gène (qui produit une protéine). Le gène va être lu c'est-à-dire qu’il va y avoir transcription de l’ADN (gène) en ARNm, puis traduction en une protéine qui peut elle-même être un facteur de transcription. On voit donc apparaître la notion de réseau de transcription. Par exemple, la bactérie E. Coli possède une représentation interne avec environ 300 degrés de liberté (facteurs de transcription) qui régulent les taux de production des 4000 protéines d’E.Coli.
LE RESEAU DE TRANSCRIPTION
L’interaction entre facteurs de transcription et gènes est décrite par le réseau de transcription. Il faut garder à l’esprit que chaque gène est un segment d’ADN dont la séquence (caractéristique du gène) encode l’information nécessaire à la production d’une protéine (aussi appelée « produit du gène »)
Comme nous l’avons précédemment évoqué ; le taux de transcription du gène, autrement dit le nombre d’ARNm produit par unité de temps, est contrôlé par le promoteur.
Alors que l’ARNp agit virtuellement sur tous les gènes, les changements dans la production des gènes spécifiques sont dus aux facteurs de transcription. Les facteurs de transcription sont eux-mêmes des protéines encodées par des gènes qui sont régulés par des facteurs de transcription étant à leur tour régulés par d’autres facteurs de transcription, etc. Cette série d’interactions forme un réseau de transcription.
Fig.2.3 (Reproduction de la figure 2.3 p.10 du livre d’ALON) :
Le réseau de transcription décrit dans la figure montre toutes les interactions transcriptionnelles régulatrices de la cellule (ou du moins celles connues). Dans le réseau les nœuds sont des gènes et les liens représentent la régulation transcriptionnelle d’un gène par le produit d’un autre gène (protéine). Le gène « dirigé » suivant x è y signifie que le produit du gène x est un facteur de transcription qui se fixe sur le promoteur du gène y, afin de contrôler positivement son taux de transcription.
Ainsi le réseau de transcription représente un système dynamique. Après qu’un facteur de transcription ait interagi avec un un signal « input » son activité change, ce qui entraîne une modification du taux de production de protéines d’un gène cible. Les protéines produites sont soit des facteurs de transcription qui activent à leur tour des gènes supplémentaires, et ainsi de suite, soit des protéines qui vont contribuer aux diverses fonctions de la cellule vivante, comme former des structures et catalyser des réactions.
Afin d'étudier la dynamique du réseau de transcription on va se placer dans l'échelle de temps dans laquelle se déroule la variation du taux de production de la protéine.