Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons discuter du processus de transcription, où l’ADN est converti en ARNm. Nous parlerons de la principale enzyme impliquée dans ce processus, l’ARN polymérase, et verrons comment elle peut copier une séquence d’ADN et la transformer en une séquence d’ARNm. Enfin, nous discuterons des modifications post-transcriptionnelles comme l’épissage de l’ARN et la polyadénylation.
Presque toutes les cellules de notre corps contiennent de l’ADN. L'ADN est une hélice à double brin, et dans l'ADN sont organisés les gènes qui contiennent les instructions pour construire les différentes protéines nécessaires à la vie. Si nous zoomons un peu plus près, nous pouvons voir que la séquence de l’ADN est une série de A, T, C et G appelés nucléotides. Ces nucléotides, aussi appelés bases, sont la guanine, abrégée G, la cytosine, l’adénine et la thymine. Les nucléotides d’un brin peuvent se lier avec les nucléotides sur le brin d’ADN opposé. La guanine peut former des liaisons hydrogène ou paires de bases avec sa base complémentaire qui est la cytosine, et l’adénine peut former des paires de bases avec la thymine.
La séquence de nucléotides qui constitue un gène peut être convertie en une protéine. Ce processus demande plusieurs étapes. La première étape est appelée transcription, et implique la copie de la séquence du gène et sa transformation en un transcrit ou un ARNm. La séquence du transcrit peut ensuite être convertie en acides aminés, qui peuvent se replier et former la protéine. Dans cette vidéo, nous allons décrire le processus de transcription. Dans les cellules eucaryotes, qui contiennent un noyau comme représenté ici, la transcription a lieu dans le noyau, tandis que dans les cellules procaryotes, qui n'ont pas de noyau, la transcription a lieu dans le cytoplasme.
La principale enzyme impliquée dans la transcription est appelée ARN polymérase. Cette enzyme, représentée ici par une silhouette rose rattachée à l'ADN, est capable de copier la séquence d'ADN d'un gène et de la transformer en une séquence d'ARNm lors de la transcription. Voici un exemple d'ADN avec lequel nous allons travailler. Vous remarquerez qu’il y a une séquence en haut et une séquence en bas. Cela nous permet d’indiquer les séquences sur chacun des deux brins. Vous vous rappelez peut-être que l'ADN a une direction, et que sa séquence supérieure s'écrit dans le sens cinq prime vers trois prime, tandis que la séquence inférieure s'écrit dans le sens trois prime vers cinq prime. Pendant la transcription, l’ARN polymérase déroule la double hélice. Vous pouvez le voir ici à droite, et à gauche également.
Une fois les deux brins séparés, l’ARN polymérase peut utiliser l’un des brins comme matrice pour commencer à former le transcrit d’ARNm. Le brin dans le sens trois prime vers cinq prime est utilisé comme matrice, et les bases sont ajoutées selon les règles d’appariement complémentaires des bases, donc le C s’apparie avec le G. Dans l’ADN, normalement la thymine serait associée à l’adénine. Mais dans l’ARN, la thymine n’est pas utilisée et l’uracile prend sa place. Le G forme une paire avec le C et le T avec le A. Voici le reste de la séquence, et une ligne bleue a été ajoutée pour montrer qu’il s’agit d’un brin d’ARNm. Maintenant, ajoutons ces informations au schéma de droite. Là, l’ARNm a été ajouté ici pour correspondre à ce que nous voyons à gauche.
Maintenant, l’ARN polymérase peut avancer, et elle déroule l’hélice devant elle pour accéder au segment suivant de la séquence d’ADN. Pendant ce temps, un segment de la séquence d’ADN derrière elle s’enroule à nouveau et le segment correspondant de l’ARNm commence à être libéré. Maintenant que nous avons vu cela à droite, voyons à quoi cela ressemble à gauche. Encore une fois, il y a transcription et l’ARN polymérase se déplace dans le sens cinq prime vers trois prime. Donc tout d'abord, une partie de l'hélice s'ouvre, tandis qu'une partie derrière se ferme et une portion de la molécule d'ARNm commence à être libérée. Le processus se répète, et maintenant ce segment d’ADN est transcrit. Et si vous mettiez la vidéo sur pause pour voir si vous pouvez trouver quelle sera la séquence correspondante d’ARNm?
La thymine se lie à l’adénine, la cytosine à la guanine et, comme il n’y a pas de thymine dans l’ARN, l’adénine se lie à l’uracile. Et nous pouvons rajouter ça à droite. Et ce processus se répète jusqu'à ce qu'une séquence spéciale de terminaison de la transcription soit atteinte, l'ARN polymérase se détache alors de l'ADN et libère la transcription de l'ARNm. Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau, l’ARNm est donc libéré dans le noyau comme représenté ici. Si c’était un procaryote et qu’il n’y avait donc pas de noyau, la transcription aurait lieu dans le cytoplasme. Et c’est là que nous trouverions cet ARNm. Maintenant, fermons la séquence de gauche pour voir notre dernière transcription.
Notez bien que la taille de ce transcrit, de seulement neuf nucléotides, n’est pas réaliste. En réalité, les transcrits peuvent être beaucoup plus longs. Par exemple, la dystrophine humaine est une protéine des tissus musculaires dont le gène fait 2,3 millions de paires de bases. L’ARN polymérase a besoin d’environ 16 heures pour transcrire ce gène. Cela revient à environ 40 nucléotides par seconde, ce qui est assez impressionnant même pour cette personne très musclée. Revenons à notre petit ARNm ; nous avons vu que cette séquence d'ARNm a été assemblée en utilisant le brin dans le sens trois vers cinq prime comme matrice. En effet, l’ARNm est synthétisé par l’ARN polymérase dans le sens cinq prime vers trois prime.
Vous remarquerez que cette séquence d’ARNm correspond à la séquence correspondante dans l’ADN du brin cinq prime vers trois prime, à l’exception de l’uracile bien sûr. C’est pourquoi le brin d’ADN cinq prime vers trois prime est parfois appelé « brin sens » car il correspond à la séquence d’ARNm, tandis que le brin d’ADN trois prime vers cinq prime est appelé « brin antisens » car il est complémentaire à la séquence d’ARNm.
Une certaine espèce de champignon, l’amanite phalloïde, est capable d’inhiber la transcription. Elle peut le faire en produisant une protéine appelée 𝛼-amanitine, qui se combine très étroitement à l’ARN-polymérase. Cette protéine peut limiter le mouvement de l’ARN polymérase et ralentir considérablement le processus de transcription. Normalement, l’ARN polymérase produit de l’ARNm à un taux de milliers de nucléotides par minute. Mais l’𝛼-amanitine peut ralentir ce processus à seulement quelques nucléotides par minute. Puisque la cellule ne peut plus effectuer efficacement la transcription, la production de protéines ralentit et ne peut plus répondre à la demande de la cellule, de sorte que les cellules commencent à mourir. C’est pourquoi l’𝛼-amanitine est un poison mortel, et c’est pourquoi manger des champignons non identifiés n’est pas une très bonne idée.
Maintenant que nous avons vu que notre transcription peut produire de l’ARNm, ce transcrit d’ARNm n’est pas encore tout à fait terminé. Il doit encore être traité par des modifications post-transcriptionnelles. Et avant de commencer, replaçons cet ADN à sa place dans le noyau. Voilà qui est mieux. Maintenant, intéressons-nous à cette molécule d’ARNm, représentée ici en bleu. L’ARNm à ce stade est appelé pré-ARNm, et il a besoin d’être traité par des modification post-transcriptionnelle. Nous allons en voir quelques-unes. La première est ce qu’on appelle l’épissage de l’ARN. La plupart de notre ADN est en fait constitué de régions non codantes, c’est-à-dire qui ne codent pas pour des protéines.
Dans le pré-ARNm, ces régions non codantes, représentées ici en orange, doivent être supprimées. Ces régions non codantes sont appelées introns, tandis que les régions codantes sont appelées exons et doivent être reliées. Au cours de l’épissage de l’ARN, les introns sont supprimés, tandis que les exons sont reliés ensemble, et ce processus peut être répété à l’autre extrémité. L’ARN épissé, avec ses exons réunis, peut ensuite subir une autre modification post-transcriptionnelle. Au cours de la polyadénylation, plusieurs nucléotides d’adénine sont ajoutés à l’extrémité trois prime de la molécule d’ARNm. Cela améliore la stabilité de l’ARNm et peut faciliter son exportation hors du noyau.
Une autre modification post-transcriptionnelle peut avoir lieu sur l’extrémité cinq prime de l’ARNm, où un nucléotide spécialisé est ajouté. C’est ce qu’on appelle la coiffe en cinq prime. Une fois que toutes les modifications post-transcriptionnelles ont eu lieu, nous avons maintenant un ARNm mature. Chez les eucaryotes, l’ARNm mature peut maintenant sortir du noyau et entrer dans le cytoplasme. Là, il peut ensuite être traduit pour former la protéine du gène correspondant.
Maintenant que nous comprenons la transcription plus en détail, essayons une question d’entraînement.
Un brin d’ADN simple en cours de transcription se lit AATCCGATCG dans le sens trois prime vers cinq prime. En lisant de cinq prime vers trois prime, quelle sera la séquence sur le brin complémentaire de l’ARNm? (A) TTCGGATCGA, (B) GGAUUCGAUC, (C) UUAGGCUAGC, (D) AATCCGATCG ou (E) TTAGGCTAGC.
Cette question nous demande de transcrire une séquence d’ADN en ARNm. Rappelez-vous que lorsqu’un gène doit être exprimé sous la forme d’une protéine, il doit d’abord être transcrit ou copié en ARNm. Ce processus s’appelle la transcription. Ce transcrit d’ARNm peut ensuite être converti en une séquence d’acides aminés dans le polypeptide. C’est ce qu’on appelle la traduction, et une fois que le polypeptide est formé, il peut se replier en une protéine avec une fonction spécifique. L’enzyme qui convertit l’ADN en ARNm est appelée ARN polymérase, elle se fixe à la double hélice de l’ADN comme représenté ici. Une fois attachée, l’ARN polymérase peut dérouler l’hélice et commencer à copier l’un des brins d’ADN pour former un transcrit d’ARNm du gène.
L’ARN polymérase se déplace le long de l’ADN jusqu’à ce qu’elle atteigne la fin du gène et que le transcrit d’ARNm soit libéré. Examinons ce processus de transcription de manière un peu plus détaillée pour voir comment cela se présente dans la séquence d'ADN. La séquence que nous allons utiliser est la séquence de la question. Ici vous pouvez voir les deux brins d’ADN. Rappelez-vous que l'ADN est directionnel. Ainsi, un brin est dans le sens cinq prime vers trois prime, tandis que le brin opposé est dans le sens trois prime vers cinq prime. La séquence dans cette question est sur le brin trois prime vers cinq prime. Le brin trois prime vers cinq prime est en fait celui qui est utilisé comme matrice lors de la transcription. Ainsi, une fois que l’ARN polymérase se lie à et déroule l’hélice, qui est maintenant représentée ici, l’ARN polymérase peut commencer à ajouter des nucléotides pour construire la molécule d’ARNm.
Puisque le brin trois prime vers cinq prime est utilisé comme matrice, l’ARNm correspondant, représenté ici par cette flèche verte, sera assemblé dans le sens cinq prime vers trois prime. L’ARNm est synthétisé en utilisant les mêmes règles d’appariement des bases complémentaires que dans l’ADN. Dans l’ADN, la guanine ou G s’associe à la cytosine en formant des liaisons hydrogène désignées ici par ces points noirs, et l’adénine s’associe à la thymine. Il y a une exception. Dans l’ARN, il n’y a pas de thymine, et la thymine est en fait remplacée par un autre nucléotide appelé uracile, abrégé U.
Maintenant, commençons à écrire la séquence d’ARNm en ajoutant les bases complémentaires. L’adénine se lie normalement à la thymine, mais puisque nous formons de l’ARNm, qui n’a pas de thymine, c’est l’uracile qui est utilisé. La thymine de l'ADN s'associe à l'adénine de l'ARNm, la cytosine de l'ADN s'associe à la guanine de l'ARNm, et la guanine s'associe à la cytosine. Et si vous mettiez la vidéo sur pause pour essayer de trouver le reste de la séquence?
Très bien, finissons de la remplir. Ainsi, la séquence d’ARNm lue dans le sens cinq prime vers trois prime est UUAGGCUAGC.
Revoyons maintenant quelques-uns des points clés abordés dans cette vidéo. Les informations génétiques passent de l’ADN à l’ARNm à la protéine. La transcription est le processus de conversion de l’ADN en ARNm. La principale enzyme impliquée dans la transcription est l’ARN polymérase. Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau, tandis que chez les procaryotes, elle a lieu dans le cytoplasme. Et enfin, l’ARNm peut subir des modifications post-transcriptionnelles comme l’épissage de l’ARN et la polyadénylation.