La chromatine eucaryote : une compaction complexe et fonctionnelle

La chromatine eucaryote : une compaction complexe et fonctionnelle :

L’ADN co-existe avec des protéines au sein de structures complexes

La découverte de l’ADN comme molécule primordiale de la génétique, celle qui comporte toute l’information nécessaire au fonctionnement d’un organisme, a immédiatement focalisé l’attention sur sa structure  . L’ADN comporte deux chaines polynucléotidiques, constituées d’une suite continue de bases azotées (ATCG), qui s’enroulent l’une autour de l’autre pour former une double hélice complémentaire anti-parallèle, et dont certains arrangements nucléotidiques codent pour des gènes, permettant d’exercer toutes les fonctions biologiques d’un organisme une fois correctement exprimés .

Dans la cellule, l’ADN est associé à des protéines  . Chaque molécule d’ADN, accompagnée de ses protéines, correspond à un chromosome. L’association globale ADN- protéines est appelé chromatine  . La majorité des protéines associées à l’ADN sont des histones  . Deux copies de chaque histone H2A, H2B, H3 et H4 servent à former le cœur protéique autour duquel l’ADN nucléosomal s’enroule. L’histone H1 est quant à elle inter-nucléosomique. Cette association ADN – histones permet la compaction de l’ADN, et participe à plusieurs fonctions importantes. Tout d’abord, la forme compacte de l’ADN lui permet d’être contenu dans le noyau de la cellule eucaryote. En effet, l’ADN d’une cellule humaine fait 2 mètres de long alors que le diamètre du noyau devant le contenir ne fait que 10 à 15 μM de diamètre  . Ensuite, cet empaquetage le protège de certaines altérations. En effet, l’ADN sous sa forme chromosomique est extrêmement stable  . De plus, seul l’ADN sous forme chromosomique peut être transmis efficacement aux cellules filles lorsque la cellule se divise  . Enfin, le chromosome confère une organisation générale particulière à chaque molécule d’ADN, gouvernant l’expression des gènes  . D’autres protéines sont associées, notamment de nombreuses protéines de liaison à l’ADN, permettant certains processus biologiques d’avoir lieu, entre autres la transcription, qui permet l’expression des gènes codés par l’ADN.

La compaction de la chromatine régule des processus biologiques tels que la
transcription 

La première étape de compaction de l’ADN, le nucléosome, l’associe aux protéines histones . Mais cette compaction limite son accessibilité, empêchant notamment la fixation de protéines impliquées dans la transcription de l’ADN  . Les cellules eucaryotes tirent profit de ces propriétés inhibitrices de la chromatine pour réguler l’expression de leurs gènes  . Le remaniement local de certains nucléosomes permet à des régions spécifiques de l’ADN d’interagir avec des protéines. Il s’agit d’un processus dynamique localisé .

Bien qu’il existe une corrélation entre le nombre de gènes et la complexité d’un organisme, il semblerait que ce soit plutôt la densité génique qui serait reliée à cette complexité. Par exemple, l’espèce humaine contient environ 20 000 gènes, autant que le vers c. elegans. Mais sa densité génique est 30 fois inférieure  . En fait, l’ADN humain contient presque 80% de régions intergéniques, comprenant des séquences régulatrices, dédiées au contrôle et à la régulation de la transcription, dont la nature et le fonctionnement possèdent une grande complexité .

La transcription a lieu dans un contexte chromatinien dynamique

La transcription des gènes codant pour des protéines fonctionnelles est effectuée par l’ARN Polymérase II 

La transcription chez les eucaryotes est prise en charge par des ARN Polymérases, et nécessitent l’action de facteurs généraux de la transcription. L’ARN Polymérase II (ARNPII) est responsable de la transcription de la majorité des gènes, en fait essentiellement tous les gènes codant pour des protéines  . Pour transcrire un gène, l’ARNPII effectue une série de trois étapes : initiation, élongation et terminaison .

L’initiation de la transcription commence avec le recrutement de l’ARNPII et des facteurs d’initiation sur une courte séquence d’ADN en amont d’un gène qui entoure le TSS (Transcription Start Site), le promoteur  . L’appariement des bases, qui constitue la double hélice nucléotidique de l’ADN, est rompu. Le brin « sens », ou codant, sert alors de matrice pour l’enzyme ARNPII qui assemble une chaîne d’ARN nouvellement synthétisée. C’est la molécule d’ARN qui servira ensuite de matrice pour le processus de traduction, qui permettra à la cellule de produire la protéine fonctionnelle correspondante  . Une fois que l’ARNPII a synthétisé un court fragment d’ARN (approximativement 10 bases), elle passe à l’étape d’élongation. Elle dissocie la chaîne d’ARN nouvellement synthétisée au fur et à mesure de sa progression, et corrige les potentielles erreurs crées. La terminaison constitue en la libération de la molécule d’ARN produite .

L’initiation représente l’étape la plus critique de la transcription et c’est pourquoi elle est soumise à une régulation complexe et très dynamique. In vitro, les facteurs généraux de la transcription représentent tout ce qui est nécessaire avec l’ARNPII pour initier la transcription sur un ADN nu. In vivo cependant, les facteurs généraux de la transcription ne sont pas suffisants à eux seuls pour déclencher une expression significative .

 

 

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Table des matières

Chapitre 1 : Introduction 
1. La chromatine eucaryote : une compaction complexe et fonctionnelle
1.1 L’ADN co-existe avec des protéines au sein de structures complexes
1.2 La compaction de la chromatine régule des processus biologiques tels que la
transcription
2. La transcription a lieu dans un contexte chromatinien dynamique
2.1 La transcription des gènes codant pour des protéines fonctionnelles est effectuée par
l’ARN Polymérase II
2.2 La transcription est un processus hautement régulé
3. Les facteurs de transcription agissent de manière intégrée et combinée sur les régions
régulatrices
3.1 L’occupation des enhancers est coopérative
3.2 L’activation d’un enhancer a lieu par étapes
4. Le rôle des facteurs pionniers et tissus-spécifiques dans la sélection des éléments régulateurs
qui contrôlent le programme d’expression
4.1 Les facteurs pionniers sélectionnent et initient l’activation des enhancers
4.2 Les facteurs de transcription tissus-spécifiques et signal-dépendants orchestrent les
programmes d’expression géniques
5. Mediator & Cohesin
5.1 Le complexe co-activateur Mediator: centre d’interprétation des programmes
d’expression génique
5.2 Le complexe multifonctionnel Cohesin : maintenance de la structure chromatinienne et
régulation de l’expression génique
6. Le rôle de la communication génomique dans la régulation des programmes d’expression géniques
6.1 La répartition nucléaire des chromosomes n’est pas aléatoire mais fonctionnelle
6.2 Les enhancers forment des clusters dont la perturbation altère la réponse
transcriptionnelle
6.3 Les enhancers distaux forment des contacts spécifiques avec les promoteurs de leurs
gènes cibles
6.4 RNAPII forment des foyers de transcription actifs auxquels peuvent se connecter les
interactions enhancers-promoteurs pour la co-régulation de plusieurs gènes
7. La dérégulation de la transcription dans l’apparition et la progression tumorale – le cancer du sein hormono-dépendant
7.1 Le Cancer du Sein hormono-dépendant est contrôlé par le facteur de transcription ER
(Récepteur aux Estrogènes)
7.2. Stratégies de thérapies anti-estrogéniques et modèles de résistance acquise à ces
thérapies transcriptionnelles
8. Objectifs de recherche
Chapitre 2 : FOXA et les facteurs de transcription maîtres recrutent Mediator et Cohesin aux gènes actifs dans les cellules cancéreuses 
Avant-propos
FOXA and master transcription factors recruit Mediator and Cohesin to the core
transcriptional regulatory circuitry of cancer cells
Résumé
Abstract
1. Introduction
2. Results
2.1 Mediator and Cohesin occupy regulatory regions of actively transcribed genes in cancer cells
2.2 Proliferation of cancer cells depends on Mediator and Cohesin
2.3 Mediator and Cohesin connect with the core transcriptional regulatory circuitry of
cancer cells
2.4 FOXA and master transcription factors are essential to cancer cell maintenance
2.5 FOXA and master transcription factors recruit Mediator and Cohesin
3. Discussion
4. Figures
5. Methods
5.1 Cell Culture
5.2 Chromatin Immunoprecipitation
5.3 Bioinformatic analyses
5.4 Lentiviral shRNAs
5.5 Proliferation and colony formation assays
Acknowledgments
Author contributions statement
Additional information
6. Supplementary Information
6.1 Supplementary Tables
6.2 Supplementary Figures
6.3 Supplementary Data Files
6.4 Supplementary Experimental Procedures
Chapitre 3 : La modulation du programme transcriptionnel et la résistance endocrinienne dans le cancer du sein hormono-dépendant
Avant-propos
Résumé
1. Introduction
2. Résultats
2.1 Validation du modèle d’étude : les traitements anti-estrogéniques n’altèrent pas la
prolifération des cellules résistantes
2.2 Les cellules sensibles et résistantes expriment les mêmes gènes
2.3 Un rôle plus secondaire pour ER dans la régulation du programme d’expression des
cellules résistantes
2.4 Mediator, NIPBL et Cohesin occupent de nouvelles régions régulatrices dans les
cellules résistantes
2.5 Le rôle d’AP-1 dans la néo-régulation du programme transcriptionnel des cellules
devenues résistantes
2.6 La sur-expression de FOSL1 modifie la réponse proliférative des cellules sensibles
traitées aux anti-estrogènes
3. Discussion
4. Figures
5. Matériel et Méthodes
5.1 Culture cellulaire et traitements hormonaux
5.2 Immunoprécipitation de la chromatine
5.3 Analyses bioinformatiques
5.4 Lentivirus ShRNA
5.5 Essais de prolifération
5.6 Extraction d’ARN & RTqPCR
5.7 Lentivirus ORF
Chapitre 4 : Conclusion

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