Cours N°3 Régulation de l’expression des gènes, l’exemple des récepteurs nucléaires








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date de publication01.04.2017
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UE1 Biochimie – Biologie moléculaire

Pr De Thé

Le 01/10/2012, de 8h30 à 10h30

Ronéotypeuse : Karine Saillant

Ronéolectrice : Pauline Sevrain

UE1 Biochimie - Biologie Moléculaire Cours N°3

Régulation de l’expression des gènes, l’exemple des récepteurs nucléaires

Partie 1

Sommaire

Introduction : les récepteurs nucléaires


  1. Détermination des éléments de réponse aux hormones

    1. Notion de gènes cibles

    2. L’importance des promoteurs

    3. Le couple hormone/élément de réponse




  1. La purification

  1. Les récepteurs

  2. Les gènes

  3. La séquence primaire de l’ADN copie




  1. La connaissance des récepteurs

  1. La structure de base des récepteurs

  2. Recherche d’autres récepteurs

  3. Etablissement d’un profil général




  1. Le lien structure-fonction

  1. Evolution : comment en est-on arrivé là ?

  2. Exemple : les œstrogènes

  3. Etude expérimentale




  1. Conséquences pratiques

  1. Haploinsuffisance

  2. Maladies génétiques

  3. Comment trouver une nouvelle hormone

Introduction : les récepteurs nucléaires

Jusqu’aux années 1970, on suivait le Paradigme de l’opéron (j’ai fait la recherche : c’est opéron lactose, pour ceux que ça intéresse) qui vient de l’étude des procaryotes. La régulation de la formation des ARNm est alors un élément clef réglé par l’abondance des sucres.

L’intérêt de la régulation de la transcription chez les eucaryotes supérieurs est une des pistes importantes car elle mène à l’étude des récepteurs nucléaires. Ce sont des protéines qui se lient à l’ADN et recrutent l’ADN polymérase, en réponse à la fixation d’hormones se comportant comme des interrupteurs moléculaires. Ces hormones régulent la transcription.

C’est un système très utilisé car il est facile à reproduire expérimentalement. (On a une cellule avec à l’intérieur un gène ; en réponse à une hormone, on obtient la production d’ARNm). Un produit chimique déclenche la transcription ; on procède alors à l’identification de tous les éléments du système.

Ce système est surtout utilisé avec les œstrogènes et les glucocorticoïdes car ils étaient mieux connus et engendrent de fortes vagues de transcription : cela permet une meilleure caractérisation des éléments.

Aujourd’hui, la biologie repose de plus en plus sur les modèles animaux. Au début, on utilisait principalement la souris, mais on se rend compte qu’on peut en utiliser d’autres car ils sont plus simples : insectes, vers, poissons (surtout le poisson-zèbre). On peut également utiliser plusieurs modèles animaux pour une même protéine.

Chez les embryons de mouche, on a trouvé une hormone stéroïde, la leptisone, qui déclenche des vagues successives de transcription. On a défini des gènes de la 1e vague, de la 2e et de la 3e. Ce sont les gènes cibles primaires, secondaires et tertiaires.

  1. Détermination des éléments de réponse aux hormones




  1. Notion de gènes cibles

Une théorie expliquait que, parmi les gènes cibles primaires, il y avait beaucoup de régulateurs de la transcription qui allaient réguler les gènes cibles secondaires, et ainsi de suite.

Pour le prouver, on réalise une expérience très simple avec un inhibiteur : on vérifie la nécessité ou la non-nécessité d’une synthèse protéique intermédiaire. Pour un gène primaire, la synthèse protéique n’est pas nécessaire car on part d’un groupe de protéine préformé qu’on active avec l’hormone. Mais le gène secondaire en nécessite une car les ARNm de la première vague doivent être traduits pour activer la seconde.

On utilise CHX (peu importe le nom), qui bloque l’élongation dans les ribosomes et stoppe ainsi la synthèse protéique. Expérimentalement, on observe seulement la première vague (avec les gènes cibles primaires) et ensuite tout s’arrête.

On a étudié le mécanisme d’action des hormones et on a cherché des gènes cibles primaires. Pour les œstrogènes, on s’intéresse à des gènes reproductifs : le gène de l’albumine qui sert à remplir l’œuf chez le poulet. Lors de la ponte, il y a une forte synthèse d’œstrogènes et donc d’albumine. Environ 10% des ARNm codent pour l’albumine. Les glucocorticoïdes sont surtout exprimés dans le foie. Le gène primaire est celui qui code pour une enzyme (la TAT mais peu importe) massivement induite au niveau de la transcription en réponse aux glucocorticoïdes.

Grâce à des techniques dont le fondement était l’expression différentielle en réponse à l’hormone (des éléments peu ou pas présents avant le signal hormonal deviennent massivement exprimés après celui-ci), on a pu caractériser et cloner des ARNm.


  1. L’importance des promoteurs

Aux débuts des études sur le clonage, on cherche les promoteurs (endroit où commence la transcription du gène). On trouve, en amont de cette séquence de promoteurs, des éléments conservés (boîte TATA), là où s’assemble le complexe protéique (ARN polymérase).

A partir d’expériences menées chez des insectes, il a été mis en évidence qu’à proximité de ces promoteurs, il y a des sites de liaison pour une protéine qui serait le récepteur nucléaire ou l’activateur transcriptionnel. Expérimentalement, grâce au développement de la biologie moléculaire et du génie génétique, on a créé des plasmides (morceaux d’ADN circulaires présents chez les procaryotes). Ils sont faits de 3 morceaux :

  • Un gène dont l’expression est facile à mesurer. A l’époque on utilisait des enzymes. Aujourd’hui, on utilise un gène codant une protéine auto-fluorescente verte (GFP), provenant de la méduse. Cette protéine renverra une lumière verte lorsqu’elle sera éclairée avec une certaine lumière. Donc le gène à mesurer donne de la lumière.

  • On colle les promoteurs en amont du gène.

  • Le dernier morceau contient une origine de réplication pour que le plasmide puisse se propager dans les bactéries.

On place le plasmide (donc le gène étranger) sur des cellules en culture qu’on sépare ensuite en deux groupes. Un seul groupe est traité avec l’hormone. On compare avec des graphiques recueillant la production de lumière pour les deux populations de cellules. On voit alors que dans le morceau de promoteur isolé, quelque chose confère la sensibilité à une hormone et pas aux autres. 
On réalise alors une cartographie délétion : on cherche une région commune associée à la sensibilité à l’hormone. On fait des découpages d’une quinzaine de nucléotides pour réduire à une région minimale nécessaire.

On peut se poser par la suite la question de savoir si, réciproquement, cette région est suffisante. C’est le même principe. On prend le promoteur d’un virus (promoteur très puissant) et on introduit l’élément de réponse : on voit l’apparition d’une sensibilité à l’hormone avec production de lumière.

On a donc pu définir des éléments nécessaires et suffisants pour qu’un gène réponde à un produit chimique.

  1. Le couple hormone/élément de réponse

Cela nous a amené à faire des comparaisons avec plusieurs gènes et plusieurs hormones. On s’est aperçu de plusieurs choses :


  • Pour une hormone donnée, l’élément de réponse est toujours le même.

  • Quand on part d’une autre hormone, l’élément de réponse est différent : il existe donc une spécificité du couple hormone/élément de réponse.

  • De façon surprenante :

  • Le complexe protéique se fixant à l’ADN est un palindrome : ses séquences sont auto-complémentaires. On a en effet un plan de symétrie (AGGTCA/TGACCT). c’est extrêmement important pour son mécanisme fondamental dans la régulation de l’expression génétique : dans la grande majorité des cas, le complexe fixé à l’ADN sera un dimère, au minimum. Avec un motif simple, on peut ainsi créer des combinaisons et avoir une grande diversité avec formation d’homo ou d’hétérodimères.

De plus, pour un motif simple, l’affinité de liaison n’est pas suffisante pour être stable. La dimérisation permet une plus grande spécificité (le génome est très vaste, donc la spécificité de liaison est très importante pour un tout petit nombre de gènes). On aura des interactions protéines/protéines en plus des interactions ADN/protéines et donc une plus grande stabilité du complexe.

  • Dans le cas des glucocorticoïdes, on s’est aperçu que non seulement on a aussi un palindrome, mais en plus, il ressemble fortement à celui des œstrogènes (AGAACA/TGTTCT). Ces protéines se composent donc d’éléments d’architecture/structure conservés (AG--CA/TG--CT) et d’éléments de spécificité (--GT--/--AC-- contre --AA--/--TT--).


Question possible à l’examen : Que nous apprend la structure des éléments de réponse ?


  1. La purification




  1. Les récepteurs


Il a fallu les repérer et les purifier. On a pris des œstrogènes, par exemple, qu’on a rendus radioactifs. Ces récepteurs sont peu abondants (comme toute protéine régulatrice ou de structure). Le facteur clef pour la purification des récepteurs est la liaison non-spécifique de leur ligand avec d’autres protéines qui sont plus abondantes. Quand elles sont trop abondantes, on ne peut plus détecter clairement la liaison avec les récepteurs à caractériser. C’est ce problème qui explique que l’on ait réussi avec certains récepteurs et pas d’autres.

Une fois la protéine purifiée, on cherche des moyens de la reconnaître autrement : on utilise des anticorps monoclonaux. Ceux-ci sont extrêmement puissants ; ils peuvent reconnaître la protéine très spécifiquement, y compris lorsqu’elle est dénaturée.

  1. Les gènes

A présent, on s’intéresse aux gènes. On part d’ARNm (d’au moins 30 000 espèces différentes : certaines abondantes et d’autres rares). Les protéines régulatrices sont toujours très rares : on en trouve à peu près une pour un million.

Grâce à des enzymes de virus, les rétrotranscriptases, on transforme cet ARNm en ADN copie (cDNA) : on passe d’un simple brin à un double brin. On obtient alors une copie parfaite (avec quelques petits biais tout de même car il y a plus d’abondance sur des petits ARNm que sur des grand. Sur des grands, on ne va pas jusqu’au bout, ils sont donc moins bien représentés) qu’on cherche à amplifier et purifier.

On met donc ces ADN copies dans des bactériophages (virus d’environ 50 000 paires de bases mangeant les bactéries), dans une région située au centre avec peu de gènes. Il y a une copie d’ADN par virus.

On met un promoteur qui fait (avec de la chance) une synthèse de l’ADN humain implanté. En effet, l’ARNm ne peut être lu que dans un sens mais l’ADN est double brin : il peut se mettre dans un sens ou dans l’autre. S’il est dans le bons sens, il y aura synthèse.

On constitue ainsi une bibliothèque : des millions de bactériophages avec chacun un ADN copie, mais il y a un seul bactériophage par million qui nous intéresse car il a l’ARNm qui nous intéresse.

On étale des bactéries dans de la gélatine et on y ajoute les virus. Ils les tuent et on se retrouve avec des trous. On ajoute le promoteur qui contient l’ADN copie et qui va fabriquer un ARNm : pour un trou sur deux, on a fabrication d’une protéine humaine. Il y a 2 possibilités mais une seule fonctionne en pratique :

  • Le problème du criblage (problème classique en biologie) : on a une dizaine de millions de virus avec environ 10 qui nous intéressent. Pour les récupérer, on transfère donc la culture sur un « papier buvard » qui absorbe les bactéries et les virus. Il ne reste que les protéines humaines qu’on va chercher avec nos anticorps monoclonaux. Sur des millions de petits trous, environ un réagit avec l’Ac.

  • On aurait aussi pu mettre l’hormone radioactive et attendre qu’elle se fixe ; mais en pratique cela ne marche pas. Effectivement, pour cette fixation, on a besoin d’une bonne structure tertiaire. La poche qui reçoit l’hormone provient de la juxtaposition de plusieurs hélices différentes, situées loin l’une de l’autre dans la structure primaire : c’est une fixation composite imposant d’avoir l’intégralité de l’ADN copie et que le repliement se fasse bien.





  1. La séquence primaire de l’ADN copie


On va ensuite séquencer : on détermine la séquence primaire de l’ADN copie. Mais ces ADN copies sont des petits morceaux de la séquence entière ; on doit récupérer le messager complet. On utilise alors une technique très simple : on refait une bibliothèque des bactériophages, mais on part cette fois de l’ADN copie marqué. On se sert de cet ADN copie partiel comme d’une sonde en le rendant radioactif. On récupère en pratique tous les ADN copies qui vont l’hybrider spécifiquement. On obtient l’intégralité de l’ADN copie, on fait sa séquence et on détermine la séquence complète de l’ARNm. Enfin, on en déduit la séquence de la protéine.


  1. La connaissance des récepteurs




  1. La structure de base des récepteurs


Cela a permis de découvrir les récepteurs aux glucocorticoïdes et aux œstrogènes à peu près en même temps. Pour comprendre leur mode d’action, on compare les protéines. On peut définir 2 régions d’homologie : un premier bloc avec 70% d’identité et un second avec 30%.

  • Le premier témoigne d’une conservation très importante : les domaines de structure en question sont donc fondamentaux (ils permettent la liaison à l’ADN).

Ces domaines sont pleins de cystéines en formation doigts de zinc. Ces formations sont des verrous qui bloquent la marge de manœuvre (on ne veut pas que la protéine bouge car elle doit reconnaître une autre structure).

Dans les récepteurs nucléaires, il y a 2 doigts de zinc : un pour la reconnaissance du demi-site (demi-palindrome) et un pour la dimérisation des deux récepteurs. Ce sont 2 interfaces sur lesquelles il n’y a aucun degré de liberté : elles sont fixes.

  • La deuxième région assure la liaison à l’hormone, est dotée d’un deuxième domaine de dimérisation (dimérisation ADN indépendante) et assure aussi le recrutement de l’ARN polymérase.

On a des sandwichs d’hélices α, formant des cavités à l’intérieur desquelles se fixent les hormones. Il existe des variations de formes sur ces hélices α : elles vont être sculptées pour reconnaitre un très grand nombre de types d’hormones. En effet, il y a environ 70 récepteurs nucléaires, qui vont reconnaître un grand nombre d’hormones. Les plus étudiées (œstrogènes et glucocorticoïdes) ne sont pas les plus importantes ni les plus anciennes.

Question possible à l’examen : la structure, les différents domaines et régions d’un récepteur nucléaire.


  1. Recherche d’autres récepteurs


On revient au premier bloc. Il y a beaucoup de cystéines sur ce domaine qui a été sculpté progressivement par l’évolution pour pouvoir reconnaître des séquences réceptives à l’ADN. Cela a permis de caractériser beaucoup d’autres récepteurs nucléaires (environ 70). Cette caractérisation se fait par hybridation peu stringente.

Définition de la stringence (Wikipédia)

La Stringence est un terme utilisé pour décrire les conditions d'appariement de l'ARN ou de l'ADN.

En variant les conditions (principalement la concentration en sel, le pH et la température) pour un ARN ou ADN simple brin, on a :

  • Hybridation avec une cible parfaitement complémentaire (stringence élevée) - formation d'homoduplex

  • Hybridation avec une cible qui n'est pas parfaitement complémentaire (faible stringence) - formation d'hétéroduplex

Une augmentation de la température ou une diminution de la concentration saline tend à augmenter la sélectivité de l'hybridation et donc augmenter la stringence.
On a vu qu’on pouvait identifier l’ADN copie en utilisant un morceau d’ADN comme sonde.

Mais on peut utiliser une autre technique : l’hybridation à basse stringence. En faisant une hybridation à haute stringence, on ne récupère que des bactériophages qui ont le même gène. Or, on cherche à trouver des familles de gènes. Si on fait une hybridation à basse stringence (on diminue un peu la température), on obtient des appariements avec des gènes de la même famille.

On prend donc le morceau d’ADN copie correspondant au domaine de liaison à l’ADN et on le rend radioactif.

On a ainsi pu caractériser à partir de ces gènes, d’autres récepteurs nucléaires de même structure, associés à des hormones inconnues. On les a donc baptisés « récepteurs orphelins ». On verra plus loin comment caractériser les hormones associées à ces récepteurs.


  1. Etablissement d’un profil général


On a donc une structure générale : 2 doigts de Zinc, 3 hélices α, et 3 fonctions : liaison à l’hormone, transactivation (par l’AF) et dimérisation. À l’origine, le récepteur possède une région de dimérisation consécutive portée par le domaine en gris, et deux sites de reconnaissance à l’ADN (en bas). Ceux-ci se comportent comme une tête chercheuse, qui va aller chercher les sites de liaison à la chromatine, définis par 2 choses :

  • Reconnaissance des demi-sites : AGGTCA

  • Bon espace-temps : c’est le 2ème doigt de Zinc, présent à l’intérieur du domaine C (nom historique du domaine de liaison à l’ADN) qui s’en charge.

La reconnaissance du petit nombre de gènes cibles primaires se fait grâce à une parfaite concordance de forme entre l’ADN et la protéine, et les différentes parties de la protéine entre elles. Cela crée un complexe particulièrement stable, qui va être capable de reconnaître un tout petit bout d’une région du génome.

Quand on a eu la bonne reconnaissance, l’hormone, qui est fixée dans sa poche, peut induire l’expression (l’exposition) d’un domaine appelé AF2 (Activating Function 2) qui va recruter l’ARN polymérase. On a donc un interrupteur moléculaire qui permet de coupler la fixation de l’hormone avec l’activation de la transcription.




  1. Le lien structure-fonction




  1. Evolution : comment en est-on arrivé là ?


Ce modèle général fait appel à la notion de « protéines constituées de domaines indépendants ». Ici, on voit bien qu’on a 2 domaines indépendants : un bloc est chargé de la reconnaissance de l’ADN ; un autre de la reconnaissance de l’hormone et de l’activation de la transcription.

On a un mécanisme général dans l’évolution : la nature a commencé par créer des domaines individuels, et par le jeu des translocations, ces domaines ont fusionné les uns avec les autres. Dans certaines protéines, on peut reconnaître jusqu’à 5-6 domaines individuels qui ont été collés les uns aux autres par le hasard de l’évolution. On a un domaine très bien plié, très bien structuré, qui va remplir une fonction ; ensuite un bout de peptide qui assure la liaison avec un autre domaine, lui aussi bien replié.

D’un point de vue évolutif, on pense que les récepteurs nucléaires sont nés d’un accident, impliquant un facteur de transcription (protéine capable de se fixer à une séquence spécifique de l’ADN) et une enzyme capable de se lier et de métaboliser des xénobiotiques (éléments externes). En effet, beaucoup des hormones à récepteur nucléaire dérivent du milieu, et en particulier de vitamines. On a utilisé des molécules d’information de l’extérieur comme l’iode (qui a donné les hormones thyroïdiennes), la vitamine A (acide rétinoïque), la vitamine D (vitamine D3)…

Ce sont donc des produits qui viennent de l’extérieur de la cellule, ils sont reconnus et métabolisés par ce domaine à fonction enzymatique. Un jour, on a eu fusion entre ces 2 domaines et la possibilité (géniale) de moduler l’expression génétique en fonction d’une information extérieure. Cela permet d’ajuster l’expression des ARNm en fonction de ce qui se passe à l’extérieur. En pratique, on a créé un « senseur », capable de sentir le milieu et de répondre par l’expression génétique. Ce système s’est développé car très utile, et il est utilisé pour répondre à des informations provenant du milieu et de la cellule elle-même.

Beaucoup de ces récepteurs sont très importants dans le métabolisme, en particulier dans le métabolisme des graisses. Tout le métabolisme des lipides est contrôlé par ce genre de signature. C’est très important en médecine, en particulier pour les dyslipidémies et les problèmes d’obésité pathologique.

On a donc deux domaines à l’origine indépendants qui vont se retrouver collés l’un à l’autre et apprendre à travailler ensemble, en particulier pour assurer le couplage entre la liaison à l’hormone et la fixation à l’ADN.


  1. Exemple (que le prof aime bien poser à l’examen) +++ : les œstrogènes


À l’origine, le récepteur aux œstrogènes est cytoplasmique, car présent à l’état d’hétérodimère avec une protéine chaperonne (vaguelettes grises sur le schéma).

Celle-ci empêche l’interaction protéine-protéine. Ici, elle bloque le domaine de dimérisation constitutif. Le complexe est donc dans le cytoplasme. Lorsque l’œstrogène se fixe, on décroche la chaperonne, l’homodimérisation est donc possible.



La protéine va donc migrer dans le noyau car la séquence NLS d’adressage nucléaire n’est plus dissimulée par la protéine chaperonne.

Il y a deux domaines de liaison à l’ADN. On va alors avoir un processus de « scanning » : le complexe cherche dans la chromatine où « se poser », à savoir un endroit où il peut avoir ses 3 interactions à la fois (ADN, hormone, ARN polymérase), seul moyen d’avoir un homodimère stable.

Une fois que le récepteur a fixé l’ADN et l’hormone, il change de conformation : il extériorise une petite hélice α, appelée AF2, qui va reconnaître l’ARN polymérase. Cette hélice est la même pour tous les récepteurs nucléaires : elle a une importance fonctionnelle.


  1. Etude expérimentale


Quelles sont les preuves que ce modèle est vrai ?
Il faut des informations structurales, c’est-à-dire qu’il faut faire un cristal. Quand on fait un cristal, on sait exactement « qui touche quoi » (quel l’acide aminé touche quel nucléotide), et on va pouvoir avoir une idée très précise de ce qui se passe.

Dans ce système, on a la possibilité de faire énormément de génétique : on a les ADN copies, les éléments de réponse. On a donc des tests fonctionnels. On peut faire des mutants en très grand nombre sur l’ADN copie, et on peut aborder des questions biologiques et biochimiques par des expériences très fines de génétique. On peut, par exemple, muter chaque acide aminé et voir ce qui se passe, pour en déterminer la fonction.

En premier, on fait un cristal de cette région. Cela permet de définir les points de contact au niveau du domaine de dimérisation et surtout au niveau du domaine de liaison à l’ADN. Dans le domaine C, on a deux doigts de Zinc. Le premier est impliqué dans la reconnaissance de l’ADN, le 2ème assure l’homodimérisation. La séquence primaire de la structure en doigt de Zinc est en général CXXC-XX-CXXC : les 4 C (cystéines) sont reliées à l’atome de Zinc. Les deux acides aminés du milieu sont « Gly-Ser » pour le récepteur aux glucocorticoïdes, et « Glu-Gly » pour le récepteur aux œstrogènes.c:\users\k\pictures\2f.png
Dans l’architecture globale, conservée, du domaine C et de l’élément de réponse, ces éléments assurent la spécificité. Pour prouver ceci, on peut muter soit l’élément de réponse, soit le récepteur de l’ADN copie.

Pour l’élément de réponse, on peut faire : GT  AA. Au lieu d’un élément de réponse aux œstrogènes, on aura un élément de réponse aux glucocorticoïdes.

On peut faire la même chose dans l’autre sens : on prend un récepteur de l’ADN copie des glucocorticoïdes, et on mute les 2 positions. On fait : « Gly-Ser  Glu-Gly ».

Si la spécificité vient uniquement de ces deux résidus (les deux acides aminés), cela signifie qu’on est capable d’induire une réponse aux œstrogènes sur un récepteur aux glucocorticoïdes muté, et inversement. Attention, on induit la réponse avec des glucocorticoïdes car le site de fixation de l’hormone n’a pas été modifié.

Il s’agit d’une des démonstrations les plus élégantes du caractère modulaire des protéines, et du fait que les protéines soient une suite de domaines assurant chacun une fonction, et qui vont fonctionner de manière coordonnée.


  1. Conséquences pratiques




  1. Haploinsuffisance


Le domaine AF2 est conservé dans tous les récepteurs nucléaires. Cela conduit à la notion importante de compétition.

Par exemple, on prend un gène cible des œstrogènes. On met beaucoup d’œstrogènes sur la cellule qu’on « active à mort », et on arrive à 100 tours. De même, on met des glucocorticoïdes dans la même cellule, et là aussi on induit le gène 100 fois. On prend ensuite la même cellule, et cette fois on met à la fois des œstrogènes et des glucocorticoïdes. Cette fois-ci, on induit chaque gène 50 fois seulement.

Cela vient du fait que les protéines assurant la liaison à l’ARN polymérase sont en quantité limitante : les récepteurs doivent se les partager. On ne peut donc pas activer à fond les 2 systèmes à la fois. Si on met les 2 hormones on aura 50-50. C’est ce qu’on appelle, en génétique, l’haploinsuffisance.


  1. Maladies génétiques


Un petit nombre de maladies génétique touchent des gènes pour lesquels la protéine est en quantité limitante. On a donc vraiment besoin de 2 gènes pour avoir l’entière réponse biologique. Si on a un seul des 2 gènes, on a une maladie liée au fait que la quantité de protéine a été diminuée de 50%, ce qui est insuffisant pour la cellule. Dans ce cas, la transmission est dominante (mécanisme principal des maladies génétiques dominantes). Les maladies génétiques les plus fréquentes sont les maladies par perte de fonction, à transmission récessive.

Exemple : la maladie de Rubinstein qui touche une protéine faisant la liaison entre AF2 et l’ARN polymérase. Comme cette protéine est limitante, en ayant perdu un allèle, la cellule ne peut pas transcrire suffisamment. Donc l’organisme va avoir un développement normal, mais va avoir toutes sortes de problèmes après la naissance, car la transcription n’arrive pas à être suffisamment régulée : il manque 50% des protéines qui vont assurer la liaison entre l’ARN polymérase et les récepteurs nucléaires.


  1. Comment trouver une nouvelle hormone (récepteur orphelin)


On est un « jeune chercheur californien », qui a trouvé étant jeune un récepteur nucléaire orphelin. On se met donc en tête de trouver l’hormone correspondant à ce récepteur (pour être riche !). Comment faire ?

On peut assimiler ce problème à un problème mathématique à deux inconnues et une seule équation : on connait le récepteur nucléaire (donc la structure du site de liaison à l’hormone et du site de liaison à l’ADN, au niveau du récepteur), mais on ne connait ni l’hormone, ni le site de liaison à l’ADN (sur l’ADN). Que faire ? On simplifie le problème.

On crée un récepteur chimérique, c’est-à-dire qu’on remplace le site de liaison à l’ADN du récepteur orphelin par un site de liaison connu (par exemple celui du récepteur aux œstrogènes). On connait donc l’élément de réponse, et le site de liaison à l’ADN. Donc la seule inconnue est l’hormone. On refait ensuite comme vu précédemment : on met le promoteur et la protéine verte de méduse. On exprime le récepteur chimérique dans la même cellule, et on a un système génétique tel que lorsqu’on a la bonne hormone, la cellule devient verte.

On fait ensuite un criblage. C’est-à-dire qu’on fait du « jus » de cerveau, de foie, de testicules, etc. On met ensuite ces « jus » sur les cellules, et on observe du vert par endroits. Lorsqu’on a du vert, on demande à des chimistes de séparer les « jus » en des centaines de pics différents. On met chaque pic sur les cellules (c’est-à-dire que pour chaque pic, on remet les constituants en question sur la cellule). A un moment donné, on a une préparation pure qui va rendre verte la cellule, signifiant qu’on a trouvé l’hormone.
On va ainsi devenir très riche et pouvoir reconstruire une physiologie inconnue, dans le domaine du développement, du métabolisme ou de la réponse au stress.

C’est ce qui s’est produit avec ces récepteurs nucléaires : on a découvert de nombreux systèmes hormonaux insoupçonnés, et ces connaissances ont eu des applications médicales. On a pu, par ce biais, découvrir de nouveaux médicaments, qui sont des analogues de ces hormones, agissant sur ces systèmes dont la découverte a été assurée en partant de problématiques de biologie moléculaire.
Désolée pour le plan un peu moyen, mais le prof n’en a pas donné dans son cours alors j’ai essayé de faire au mieux.

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