Fonction du gène
Sujets de cette page :
- Transcription
- Translation
- Résumé de la fonction des gènes
Les chromosomes de nos cellules contiennent une énorme quantité d’informations. On estime que les humains possèdent environ 30 000 gènes. Chaque gène code pour une molécule d’ARN qui est soit utilisée directement, soit utilisée comme guide pour la formation d’une protéine telle que l’insuline présentée précédemment. Dans nos cellules, les informations circulent généralement dans un ordre prévisible, de la forme de stockage de l’information (ADN) au produit final (protéine) en passant par la forme de travail (ARN). De plus amples informations sur les sujets de cette page peuvent également être trouvées dans la plupart des manuels d’introduction à la biologie, nous recommandons Campbell Biology, 11e édition.1 Cette voie est utilisée par tous les organismes et est schématisée ci-dessous.
Comme indiqué, l’ADN est utilisé comme guide ou modèle pour la production de plus d’ADN. Ce processus, connu sous le nom de réplication, est abordé ici.
Le processus dans lequel des sections particulières d’ADN (gènes) sont utilisées pour produire de l’ARN est connu sous le nom de transcription. Nous couvrirons la transcription de manière assez détaillée car les altérations de la transcription de certains gènes sont très importantes dans le développement du cancer.
L’ensemble des gènes qui sont » activés » à un moment donné est critique. L’environnement variable dans lequel nous vivons signifie que différents gènes doivent être » activés » à différents moments. Par exemple, si un repas contient de grandes quantités de lactose, un sucre présent dans le lait, notre corps réagit en activant (transcrivant) les gènes qui conduisent à la production d’enzymes qui décomposent le lactose. Si un autre sucre ou nutriment est présent, les bons gènes doivent être activés pour le traiter.
Transcription
Le but de la transcription est de faire une copie ARN d’un gène. Cet ARN peut diriger la formation d’une protéine ou être utilisé directement dans la cellule. Toutes les cellules dotées d’un noyau contiennent exactement la même information génétique. Comme nous l’avons vu, seul un petit pourcentage des gènes est effectivement utilisé pour fabriquer de l’ARN à un moment donné dans une cellule donnée. Le processus de transcription est très étroitement régulé dans les cellules normales.
- Les gènes doivent être transcrits au bon moment.
- L’ARN produit à partir d’un gène doit être fabriqué en quantité correcte.
- Seuls les gènes nécessaires doivent être transcrits.
- Désactiver la transcription est tout aussi important que de l’activer.
Vous pouvez vous représenter cela comme une chaîne de production sophistiquée, comme celle que vous trouveriez dans une usine. Vous voudriez que la chaîne de montage fonctionne quand vous avez besoin du produit et s’arrête quand vous n’en avez plus besoin.
Les chromosomes humains contiennent une énorme quantité d’informations. Chaque chromosome est composé d’un seul morceau extrêmement long d’ADN composé de millions de nucléotides. Un gène individuel n’occupe qu’une petite partie d’un chromosome.
L’animation ci-dessous montre l’organisation de l’ADN dans un chromosome. L’ADN est étroitement enroulé et bouclé pour prendre moins d’espace, tout comme on enroule un fil sur une bobine. Le chromosome illustré ci-dessous a été copié ou répliqué et présente une forme en X caractéristique. Les chromosomes ressemblent à cela avant la division cellulaire.
Étapes de la transcription
Pour que la transcription fonctionne, il doit y avoir un moyen d’identifier où le processus doit commencer et s’arrêter. Ceci est accompli par des protéines spéciales, qui se lient au début des gènes qui doivent être transcrits. Ces protéines sont appelées facteurs de transcription.
Le processus de transcription est divisé en plusieurs étapes :
-
Un facteur de transcription reconnaît le site de départ (promoteur) d’un gène qui doit être transcrit.
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L’enzyme qui fabrique l’ARN (ARN polymérase) se lie au facteur de transcription et reconnaît la région de départ.
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L’enzyme descend le long de l’ADN en faisant une copie jusqu’à ce que la fin du gène soit atteinte.
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L’enzyme tombe et l’ARN est libéré. Ce processus de copie peut être répété de nombreuses fois.
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Si l’ARN est un ARN qui code pour une protéine, il quittera le noyau et entrera dans le cytosol.
Rappellez-vous que le gène représenté ci-dessus est en fait un tronçon de nucléotides le long d’une molécule d’ADN (le chromosome).
L’activité inappropriée des facteurs de transcription a été identifiée dans presque tous les types de cancer connus. Comme ces facteurs sont essentiels aux activités ordonnées d’une cellule, un composant qui se comporte mal peut avoir des effets importants pour toutes les autres parties de la cellule. Si l’on reprend l’analogie avec la chaîne de production, un facteur de transcription qui se comporte mal peut entraîner la mise en marche de la chaîne de montage alors qu’elle n’est pas censée le faire, créant ainsi une trop grande quantité de produits. Alternativement, la chaîne pourrait ne pas être allumée lorsqu’elle est nécessaire, entraînant un déficit d’un produit particulier.
Facteurs de transcription
Les exemples de facteurs de transcription qui fonctionnent mal dans les cancers humains sont :
- p53 (TP53)- Le gène qui code pour le facteur de transcription p53 (protéine) est muté dans plus de la moitié des cancers de tout type. La protéine codée par le gène p53 est importante car elle contrôle la transcription des gènes impliqués dans la division des cellules. Vous trouverez plus d’informations sur le gène p53 dans la section sur les suppresseurs de tumeurs.
- Rb – Le produit protéique de ce gène est un facteur de transcription ayant une fonction intéressante. Il fonctionne en fait en bloquant d’autres facteurs de transcription. De cette façon, Rb empêche la transcription de gènes clés nécessaires à la progression de la division cellulaire. Initialement décrite comme un gène muté dans le rétinoblastome, un cancer de l’œil dont le gène tire son nom, la protéine Rb est désormais connue pour jouer un rôle dans de nombreux types de cancer différents. Vous trouverez plus d’informations sur le gène Rb dans la section sur les suppresseurs de tumeurs.
- Le récepteur d’œstrogènes (ER) – Cette protéine se lie aux œstrogènes qui pénètrent dans la cellule. L’œstrogène est une hormone stéroïde (lipide) produite par les ovaires. La combinaison de la protéine et de l’hormone agit alors comme un facteur de transcription pour activer les gènes qui permettent aux cellules cibles de se diviser. Le récepteur est actif dans les cellules des organes reproducteurs féminins, tels que les seins et les ovaires. Pour cette raison, les œstrogènes sont reconnus comme un facteur favorisant la croissance de certains cancers survenant dans ces tissus.
Le mécanisme d’action des œstrogènes est présenté ci-dessous.
La petite boule verte représente les œstrogènes. C’est une petite molécule hydrophobe et elle entre dans les cellules en traversant la membrane lipidique. Une fois dans la cellule, l’œstrogène se lie à son récepteur (de couleur orange) et le complexe se lie à l’ADN dans le noyau, provoquant la transcription des gènes.
Plusieurs médicaments ont été développés pour tenter de bloquer la fonction d’activation des gènes des œstrogènes. Un exemple couramment prescrit est le tamoxifène, un médicament qui inhibe partiellement l’activité des œstrogènes. Le tamoxifène est coloré en rose dans l’animation ci-dessous.
Ces médicaments devraient ralentir la croissance des cancers qui se développent en réponse à la présence d’œstrogènes et de leurs récepteurs. Vous trouverez plus d’informations sur les récepteurs d’œstrogènes et le cancer dans la section sur les traitements du cancer.
L’importance des facteurs de transcription pour la division des cellules a été soulignée à plusieurs reprises. Le cancer résulte d’une division cellulaire incontrôlée, le prochain processus abordé est donc la division cellulaire. Il est important de comprendre comment ce processus fonctionne normalement afin de pouvoir apprécier ce qui se passe lorsque les choses tournent mal.
Traduction
Après la production de l’ARN messager (ARNm) par le processus de transcription qui vient d’être décrit, l’ARNm est traité dans le noyau puis libéré dans le cytosol.
L’ARNm est alors reconnu par les sous-unités ribosomiques présentes dans le cytosol et le message est » lu » par le ribosome pour produire une protéine. L’information concernant la direction de la formation de la protéine est codée dans la séquence de nucléotides qui constitue l’ARNm. Des groupes de trois nucléotides (appelés codons) sont « lus » par le ribosome et conduisent à l’ajout d’un acide aminé particulier dans le polypeptide (protéine) en croissance. Le processus est représenté schématiquement dans l’animation ci-dessous.
Après la formation de la protéine, elle acquiert son état plié actif et est capable de remplir ses fonctions dans la cellule. Le repliement correct, le transport, l’activité et la destruction éventuelle des protéines sont tous des processus hautement régulés.
Les gènes qui contrôlent ces processus sont souvent endommagés et ne fonctionnent pas correctement dans les cellules cancéreuses.
Plus d’informations sur ce sujet peuvent être trouvées dans le chapitre 1 de The Biology of Cancer par Robert A. Weinberg.
Résumé de la fonction des gènes
Le dogme central
- L’ADN de nos chromosomes contient des gènes qui sont transcrits en ARN.
- Il existe plusieurs types d’ARN (ARNt, ARNm, ARNr, etc.). Ils sont composés des mêmes éléments constitutifs mais ont des fonctions, des emplacements et des structures différents.
- L’ARN messager (ARNm) peut être traduit en une protéine. Le flux d’information standard est :
- ADN→ARN→Protéine
- L’ensemble des gènes qui sont ‘activés’ à un moment donné est critique. Différents gènes doivent être ‘allumés’ à différents moments en fonction des besoins et des fonctions de toute cellule particulière.
Transcription
- Le but de la transcription est de faire une copie ARN d’un gène.
- Les facteurs de transcription se fixent au point de départ des gènes afin d’identifier l’endroit où la transcription commence.
- P53, Rb, le récepteur des œstrogènes sont tous des facteurs de transcription qui fonctionnent mal dans les cancers.
- Le processus de transcription est divisé en plusieurs étapes distinctes :
- Un facteur de transcription reconnaît et se lie au site de départ d’un gène (promoteur).
- Une enzyme fabriquant de l’ARN (ARN polymérase) se lie au facteur de transcription.
- L’enzyme fabrique une copie ARN du gène.
- L’enzyme tombe et l’ARN est libéré.
- L’ARN va soit rester dans le noyau, soit sortir dans le cytosol.
Translation
- Le but de la traduction est de fabriquer une protéine en utilisant l’information codée dans l’ARNm.
- Le processus de traduction est divisé en plusieurs étapes :
- L’ARNm quitte le noyau et est reconnu et lié par des sous-unités ribosomiques dans le cytosol.
- Le ribosome « lit » l’ARN trois nucléotides (un codon) à la fois.
- Le ribosome insère l’acide aminé correspondant au codon dans la protéine en croissance.
- Le ribosome rencontre un codon stop et termine la synthèse de la protéine.
- La protéine entre dans un processus de repliement hautement régulé et obtient une structure entièrement repliée.
- Les gènes qui contrôlent le repliement, le transport, l’activité et la destruction éventuelle des protéines sont souvent endommagés ou fonctionnent mal dans le cancer.
- 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11e éd.). Pearson.
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