ARN polymérase

Définition

Une ARN polymérase (ARNP) est une enzyme qui se lie aux promoteurs de l'ADN puis catalyse la synthèse des ARN lors de la transcription. Cet ensemble de protéines à caractère enzymatique est capable de former les ribonucléotides pour la synthèse d'ARN à partir d'une séquence d'ADN servant de standard ou de matrice. L'ARN polymérase la plus importante est celle impliquée dans la synthèse de l'ARN messager ou la transcription de l'ADN.

La réparation des cassures par ARN polymérase III :

L'ARN polymérase III est nécessaire à la réparation des cassures double brin de l'ADN par recombinaison homologue.

Explications

L'ARN polymérase est la plus grande enzyme soluble connue, car elle mesure environ 100 Â de diamètre et est visible sur les micrographies électroniques, où elle est observée attachée au promoteur dans l'ADN.

Alors que les procaryotes comme les bactéries ont une ARN polymérase qui transcrit tous les types d'ARN, les eucaryotes comme les plantes et les mammifères peuvent avoir de nombreuses formes d'ARN polymérase. Les eucaryotes possèdent 3 (à 5) types d'ARN polymérases que l'on distingue par leur sensibilité à l'α-amanitine :

• l'ARN polymérase I, insensible, synthétise les ARNr 45 S
• l'ARN polymérase II, très sensible, donne les ARNm
• l'ARN polymérase III, peu sensible, est à l'origine des ARNr 5 S et des ARNt

L'ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp, RDR) est aussi appelée ARN réplicase.

Fonctions

La réaction chimique qui catalyse l'ARN polymérase consiste en l'union de ribonucléotides triphosphate, d'adénosine triphosphate (ATP), d'uridine triphosphate (UTP), de guanosine triphosphate (GTP) et de cytidine triphosphate (CTP), en libérant les groupes phosphates et en les transformant en nucléotides.

En plus de la polymérisation des ribonucléotides triphosphates, l'ARN polymérase a d'autres fonctions telles que :

• Reconnaître et rejoindre des emplacements spécifiques ou des promoteurs de la molécule d'ADN.
• Déroulement partiel de la molécule de la matrice d'ADN, grâce à son activité intrinsèque d'hélicase.
• Synthétiser une amorce d'ARN pour l'élongation ultérieure.
• Fin de la chaîne.

L'ARN polymérase catalyse séquentiellement l'allongement du brin d'ARN en même temps qu'elle s'enroule et déroule le double brin de l'ADN, et termine la transcription après la copie du gène.

Rôle de l'ARN polymérase dans la transcription :

L'ARN polymérase est indispensable pour la transcription génétique.

L'ARN polymérase III catalyse activement la transcription au niveau des DSB et favorise la résection finale :

• Les surplombs 3′  sont protégés par la formation transitoire d'hybrides ARN-ADN;
• L'hybride ARN-ADN est un intermédiaire essentiel de la recombinaison homologue;
• La perturbation de la formation d'hybrides ARN-ADN provoque des délétions génétiques.

La résection finale dans la recombinaison homologue (HR) et la réparation médiée par HR des cassures double brin de l'ADN (DSB) supprime plusieurs kilobases des brins 5′ des DSB, mais les brins 3′  sont exempts de dégradation. Le mécanisme par lequel les porte-à-faux de 3′ sont protégés n'a pas été déterminé. La protection des surplombs 3′  est obtenue grâce à la formation transitoire d'hybrides ARN-ADN. Le brin d'ADN dans les hybrides est le surplomb d'ADNsb 3′, tandis que le brin d'ARN est nouvellement synthétisé. L'ARN polymérase III (ARN-PIII) est responsable de la synthèse du brin d'ARN. De plus, ARN-PIII est activement recruté dans les DSB par le complexe MRN. L'activité de la nucléase CtIP et MRN est requise pour initier la synthèse d'ARN médiée par ARN-PIII dans les DSB. Un niveau réduit de ARN-PIII a supprimé la RH et la perte génétique supérieure à 30 pb a augmenté dans les DSB. Ainsi, ARN-PIII est un facteur HR essentiel, et l'hybride ARN-ADN est un intermédiaire de réparation essentiel pour protéger les surplombs 3′ dans la réparation DSB.

Structure

Cette complexité des fonctions se manifeste dans sa structure quaternaire, car, comme l'ADN polymérase, elle est formée de plusieurs sous-unités qui composent l'holoenzyme, qui, avec les protéines accessoires, forment un complexe protéique ou de transcription qui effectue la synthèse d'ARN.

Certaines sous-unités isolées de l'ARN polymérase sont catalytiquement fonctionnelles, tandis que d'autres ne peuvent être détectées que lorsque le complexe de transcription est complètement assemblé.

Les complexes de transcription de différents organismes présentent une composition variable, mais tous catalysent essentiellement le même type de réactions. Du fait de cette coïncidence, dans l'étude du processus de transcription, les réactions catalysées par le complexe de transcription de la bactérie Escherichia coli sont prises comme modèles, bien qu'elles diffèrent par l'assemblage des cellules eucaryotes, elles agissent de manière analogue.

L'ARN polymérase a été découverte en même temps que l'ARN messager en 1960 par les chercheurs Samuel Weiss et Jerard Hurwits de différents laboratoires.

ARN polymérase I

L'ARN polymérase I est responsable de la synthèse de la plupart des transcrits d'ARN ribosomique (ARNr). Ces transcrits sont produits dans le nucléole, une région du noyau où les ribosomes sont assemblés. La disponibilité des molécules d'ARNr produites par l'ARN polymérase peut avoir un impact sur les fonctions essentielles de la biologie cellulaire puisque ces transcrits sont directement impliqués dans la production de ribosomes.

ARN polymérase II

L'ARN polymérase II transcrit les gènes codant pour les protéines en ARN messager (ARNm). Cette enzyme à 12 sous-unités fonctionne comme un complexe qui influence directement l'expression des gènes grâce à sa production de transcrits pré-ARNm. Une fois que les pré-ARNm sont libérés par l'ARN polymérase II dans le noyau, des modifications biochimiques préparent ces transcrits pour la traduction. L'ARN polymérase II produit également des molécules de micro-ARN (miARN). Ces transcrits non codants peuvent médier l'expression des gènes et l'activité des ARNm après transcription.

ARN polymérase III

L'ARN polymérase III transcrit les gènes de l'ARNr en petits ARN comme l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARNr 5S. Ces transcrits d'ARN plus petits jouent un rôle dans la fonction cellulaire normale dans tout le noyau et le cytoplasme.

ARN polymérase IV et V

Exclusivement présentes dans les plantes, les ARN polymérases IV et V sont des enzymes de transcription qui ont évolué en tant que formes spécialisées de l'ARN polymérase II. Les deux enzymes produisent de petits transcrits d'ARN interférents (ARNsi), qui jouent un rôle dans l'extinction des gènes végétaux.

ARN polymérase vs. ADN polymérase

L'ADN polymérase synthétise des molécules d'ADN double brin à partir de brins d'ADN déroulés pendant la réplication. Même si les produits finaux de la réplication et de la transcription sont différents, ils agissent tous les deux sur l'ADN en ajoutant des nucléotides dans la même direction 5′→3′. Contrairement à l'ARN polymérase, l'ADN polymérase est un processus semi-conservé qui utilise les deux brins d'une molécule d'ADN double brin comme matrice pour la réplication.

En rapport avec "ARN polymérase"

• ARN

  

  L'ARN est l'acide ribonucléique, un acide nucléique formé par une chaîne simple brin de ribonucléotides (nucléobases, bases azotées).

• ARN messager

  

  Un ARN messager (acide ribonucléique messager ou ARNm) est le transcrit d'un gène après le passage d'éventuelles zones non codantes.

• ARN non codant

  

  L'ARN non codant (ARNnc) est un régulateur principal du génome, contrôlant les processus cellulaires les plus fondamentaux.

• ARN ribosomique

  

  L'ARN ribosomique (ou ARN ribosomal, abrégé en ARNr) est le type le plus abondant d'acide ribonucléique ARN présent dans une cellule eucaryote ou procaryote.