Réplication et transcription de l'ADN

Réplication et transcription de l'ADN

Concept
Informations
Terme anglais	Biochimie, réplication et transcription
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Introduction

La réplication est le processus qui permet aux cellules de se diviser ou de créer de nouvelles séquences d'ADN à travers plusieurs étapes hautement régulées. La réplication est utilisée par la cellule pendant la phase S du cycle cellulaire au cours de laquelle il y a réplication du matériel génétique pour préparer la division cellulaire. À l'aide de nombreuses enzymes spécifiques différentes, l'ADN est copier en un deuxième exemplaire dans le noyau d'une cellule grâce au processus de réplication. Les cellules procaryotes et eucaryotes doivent se répliquer et, par conséquent, les deux passent par une méthode similaire, mais différente. Premièrement, les procaryotes ont un ADN cyclique qui est connecté à un anneau et n'a donc qu'un seul emplacement pour démarrer la réplication. Les cellules eucaryotes sont un peu différentes, car elles sont organisées en chromosomes qui contient certe l'ADN, mais aussi des histones. Ces dernières consistent à un octamère sur laquelle est entouré l'ADN permettant ainsi sa compaction. Contrairement à l'ADN des procaryotes, celles des eucaryotes est linaires, c'est-à-dire que chaque chromosome possède des extrémités franches en 5' et 3' et celles-ci sont bordées par des régions appelées télomères. La réplication est connue pour être semi-conservatrice, car l'ADN d'origine (le brin parent) sert de brin matrice pour l'obtention de la copie d'ADN (le brin fille). La réplication se produit dans le noyau cellulaire et est le processus de création d'un nouveau brin d'ADN à partir de nucléotides. Trois étapes principales de la réplication se produisent lors de chaque création du nouveau brin d'ADN: l'initiation, l'allongement et la terminaison.

La transcription est le processus de synthèse d'un nouvel ARN qui utilise l'ADN comme matrice et comme substrats des ribonucléotides (cytosine (C), guanine (G), uracile (U) et adénine (A)). Trois différentes ARN polymérase existe chez les eucaryotes et permettent de synthétiser différentes types d'ARN (ARNm, ARNt, ARNr, ARNsn, ARNsno et d'autres ARN non codants) nécessaires à la synthèse des protéines (ARNm), la réplication de l'ADN (ARNt), la synthèse des ribosomes (ARNr), la synthèse du spliceosome (ARNsn) la maturation des ribosomes (ARNsno) et la régulation transcriptionnelle (ARN non codants). La transcription a également un processus en trois étapes qui se décompose en initiation, allongement et terminaison, suivies de quelques modifications post-transcriptionnelles dans les cellules eucaryotes. Il est à noter que pour les ARNm, différentes étapes co-transcriptionnelles ont lieux afin de permettre de rendre le pré-ARNm en ARNm mature, c'est-à-dire l'ajout d'une coiffe en 5', l'épissage et l'ajout d'une queue poly(A) en 3'.

La réplication et la transcription sont essentielles au maintien de l'homéostasie dans le corps et à la protection contre les mutations qui se produisent en raison de stress environnementaux. Des virus spécifiques peuvent également détourner le mécanisme de réplication d'une cellule et utiliser la transcription pour créer des protéines virales et des informations génétiques.

Sujets de préoccupation

De nombreux problèmes peuvent survenir avec la réplication ou la transcription, les mutations les plus courantes entraînant une perte de fonction. Dans la réplication, il y a des points de contrôle après la phase S pour assurer l'exactitude de l'ADN synthétisé. Cependant, un problème commun majeur est la perte de cette régulation en raison d'une mutation, entraînant des mutations dans la cellule. De nombreuses mutations peuvent passer inaperçues, car elles sont silencieuses. Cependant, certaines mutations peuvent affecter directement la transcription de certains gènes, entraînant le manque d'une protéine essentielle. Cette perte de fonction peut entraîner de nombreux problèmes différents, certains pouvant mettre la vie en danger selon la cellule affectée.

Moléculaire

Pour que l'ADN subisse une réplication, il doit d'abord entrer dans une formation moins tendue, ce qu'il est capable d'atteindre en acétylant l'histone pour exposer le squelette. étant d'abord l'ADN hélicase. L'ADN hélicase est chargée de répartir les liaisons hydrogène entre les paires de bases de l'ADN et divise ainsi le brin d'ADN en deux matrices à simple brin. L'hélicase commence souvent à déconnecter l'ADN dans une zone à forte concentration d'adénine (A) et de thymine (T). Étant donné que ces bases n'ont que deux liaisons hydrogène, au lieu de trois, c'est un endroit idéal pour que l'hélicase commence à dérouler l'ADN. Une fois que l'ADN commence à se diviser, une fourchette de réplication est formée permettant à une seconde protéine appelée ARN primase, d'initier le placement de bases d'ARN complémentaires aux bases de brins de matrice. Les brins d'ADN sont directionnels avec un côté (3 ') désigné par un groupe hydroxyle et un autre représenté par un groupe phosphate (5'). Une fois que l'ARN primase place une petite amorce d'ARN sur le brin matrice, alors l'ADN polymérase est capable de se fixer à ces segments courts et est capable de placer des bases complémentaires le long du brin matrice, commençant la phase d'élongation de la réplication de l'ADN. brin, l'ADN polymérase continue en mouvement constant tandis que le brin retardé doit être copié en segments courts dans la direction opposée puisque l'ADN polymérase code seulement 5 'à 3'. En raison de la courte nature répétitive de ces fragments en retard, l'ADN placé sur ces sections porte le nom de «fragments d'Okazaki». Pour les bactéries et autres procaryotes, l'ADN polymérase I, II, IV et V est utilisée pour vérifier et réparer les erreurs commises par la polymérase III. Chez les eucaryotes, ces polymérases sont appelées alpha, delta et epsilon. Dans les deux cas, les bases complémentaires sont placées, mais l'amorce d'ARN doit être éliminée et remplacée par la séquence d'ADN appropriée. Une enzyme appelée exonucléase est responsable de cette action; retirer l'amorce d'ARN et faire correspondre le brin de matrice avec les bases nécessaires. Ce remplacement commence la dernière étape de réplication connue sous le nom de terminaison. Lors du remplacement de l'amorce, une autre enzyme appelée ADN ligase relie les fragments d'Okazaki, créés sur le brin retardé. L'ADN ligase est capable de connecter des nucléotides par la création de liaisons phosphodiesters. La création de ces liaisons est le processus final de la réplication de l'ADN, conduisant à la formation de 2 brins d'ADN semi-conservateurs. Ils sont appelés semi-conservateurs car chaque double hélice se compose désormais de la moitié du brin modèle et de la moitié de nouvelles bases ajoutées. Pour que l'ADN évite la dégénérescence nocive, la télomérase est utilisée pour ajouter des télomères à la fin de la séquence d'ADN.

La transcription est effectuée par l'enzyme primaire connue sous le nom d'ARN polymérase, qui est capable de rompre les liaisons hydrogène entre les bases conduisant à une matrice simple brin. L'ARN polymérase doit recevoir un signal pour commencer à créer de l'ARN. Chez les procaryotes, l'ARN polymérase est capable de se lier directement à une région promotrice. Cette région est connue sous le nom de boîte TATA en raison de la présence de haute fréquence d'adénine et de thymine. Ce processus est légèrement différent chez les eucaryotes car en dehors de la région du promoteur, l'ARN polymérase a besoin d'un facteur de transcription pour se lier au promoteur en premier. Ce processus de l'ARN polymérase en position appropriée est appelé initiation. Une fois que l'ARN polymérase est capable de se lier à la section du gène qui subira la transcription, elle continue de séparer la double hélice et de placer l'ARN de manière 5 'à 3'. L'ARN polymérase place des bases complémentaires au brin matrice, sauf qu'au lieu de placer de la thymine avec chaque adénine, la polymérase place une nouvelle base appelée uracile (U). ARN simple brin complémentaire. L'étape d'allongement se poursuit jusqu'à ce que la polymérase rencontre une structure de boucle en épingle à cheveux connue sous le nom de séquence de terminaison, ce qui provoque la chute de la polymérase, commençant ainsi la phase de terminaison. Contrairement à l'ADN créé à partir de la réplication, ce nouveau brin d'ARN doit voyager du noyau vers le cytosol pour créer des protéines par traduction. Pour préparer l'ARN à sortir du noyau, il doit d'abord subir une modification post-transcriptionnelle importante pour éviter sa dégradation. L'ARN simple brin reçoit un coiffage 5 'par la 7-méthylguanosine, qui est souvent une séquence d'ARNm, ainsi que l'addition d'une queue poly-A à l'extrémité 3'. Ces deux modifications aident à protéger l'ARN lors de son déplacement vers les ribosomes. Au cours de ces modifications, les cellules eucaryotes subissent également un épissage, dans lequel des parties de l'ARN appelées introns sont coupées, ne laissant que les bases requises pour la traduction, appelées exons. Une fois préparé pour le voyage, l'ARNm continue hors du noyau pour la traduction.

Test

Un Southern blot teste la réplication de l'ADN, à la recherche de séquences spécifiques. Ce test vérifie la présence d'ADN et montre si la réplication s'est produite dans la cellule. D'autre part, le test de l'ARN après transcription nécessite l'utilisation d'un Northern blot. Le Northern blot peut tester la présence d'ARN ou d'ARNm et examine donc l'expression des gènes.

Importance clinique

Le séquençage de l'ADN est devenu beaucoup plus efficace ces dernières années, permettant la possibilité d'une thérapie génique. La thérapie génique est le processus consistant à modifier l'ADN ou la transcription pour exprimer plus rapidement l'ADN ou l'ARN spécifique. Théoriquement, en modifiant l'expression des gènes, on peut inverser les mutations qui peuvent se produire, limitant ainsi les effets néfastes de l'ADN mal codé. à ses stades embryonnaires, mais avec plus de recherches, il pourrait être un remède important pour de nombreuses maladies, y compris les maladies auto-immunes. L'ADN est la pierre angulaire de tous les organismes, faisant de la réplication de l'ADN un processus crucial pour la vie. La création d'ARN à partir de la transcription est tout aussi importante pour les organismes multicellulaires plus grands afin de créer les enzymes et les protéines nécessaires à la survie. Ce n'est que par une régulation efficace des deux processus que les humains seront en mesure d'exercer des fonctions biologiques fondamentales.

Références

• Cette page a été modifiée ou créée le 2020/07/12 à partir de Biochemistry, Replication and Transcription (StatPearls / Biochemistry, Replication and Transcription (2019/03/26)), écrite par les contributeurs de StatPearls et partagée sous la licence CC-BY 4.0 international (jusqu'au 2022-12-08). Le contenu original est disponible à https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30986011 (livre).

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