ARN polymérase: fonction et définition

L’acide ribonucléique (ARN) polymérase est une enzyme intermédiaire responsable du traitement des séquences géniques en matériel génétique à base d’ARN qui peut être utilisé dans la synthèse des protéines. Dans cet article, nous définissons l’ARN polymérase et explorons plus en détail ses différentes fonctions à travers la biologie cellulaire.

Qu’est-ce que l’ARN polymérase?

L’ARN polymérase est une enzyme multi-unités qui synthétise des molécules d’ARN à partir d’un modèle d’ADN via un processus appelé transcription. La transcription de information génétique en ARN est la première étape de l’expression génique qui précède la traduction, le processus de décodage de l’ARN en protéines.

Structure et fonction de l’ARN polymérase (en transcription)

L’enzyme ARN polymérase est un grand complexe composé de plusieurs sous-unités¹. La forme procaryote de l’ARN polymérase comporte quatre sous-unités capables de transcrire tous les types d’ARN. Chez les eucaryotes, ces enzymes ont huit sous-unités ou plus qui facilitent la fixation et le traitement de l’ADN tout au long de la transcription.

L’ARN polymérase en action

Les trois étapes de la transcription impliquent diverses fonctions de l’ARN polymérase qui aboutissent à la synthèse de l’ARN:

1. Initiation commence lorsque l’ARN polymérase s’enroule autour de la région promotrice de l’ADN. Le promoteur est une séquence d’ADN qui guide l’ARN polymérase sur l’endroit où se lier en amont d’un gène. Alors que l’ARN polymérase procaryote peut se lier directement aux séquences de promoteur d’ADN, les formes eucaryotes nécessitent l’aide de facteurs de transcription pour la liaison initiale. Une fois que l’ARN polymérase se lie avec succès à l’ADN à la région du promoteur ciblé, l’enzyme peut continuer avec la deuxième étape de transcription.

2. Allongement commence lorsque l’ARN polymérase déroule l’ADN double brin en deux brins simples. Ces brins d’ADN sont utilisés comme modèles génétiques pour la synthèse d’ARN. Au fur et à mesure que le brin matrice d’ADN se déplace à travers l’ARN polymérase, il construit un brin d’ARN qui est complémentaire du brin d’ADN transcrit.

3. Résiliation est la dernière étape de la transcription. Une fois que l’ARN polymérase rencontre une séquence ou un signal de terminaison, elle arrête d’ajouter des nucléotides complémentaires au brin d’ARN. Ceci est suivi par la libération du transcrit d’ARN, qui marque la fin de la transcription pour cette matrice d’ADN.

Quels sont les différents types d’ARN polymérase?

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.

ARN polymérase I

ARN polymérase I² est responsable de la synthèse de la plupart des transcrits d’ARN ribosomal (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

ARN polymérase II³ 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 génique par 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 génique et l’activité des ARNm après transcription.

ARN polymérase III

ARN polymérase III² transcrit les gènes d’ARNr en petits ARN comme l’ARN de transfert (ARNt) et l’ARNr 5S. Ces plus petits transcrits d’ARN jouent un rôle dans la fonction cellulaire normale dans tout le noyau et le cytoplasme.

ARN polymérase IV et V

Exclusivement trouvées dans les plantes, l’ARN polymérase IV et V sont des enzymes de transcription qui ont évolué en tant que formes spécialisées d’ARN polymérase II⁴. Les deux enzymes produisent de petits transcrits d’ARN interférant (siRNA), qui jouent un rôle dans la désactivation 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 réplication et de transcription sont différents, ils agissent tous les deux sur l’ADN en ajoutant des nucléotides dans la même direction 5 ‘vers 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.

Comparaison	ARN polymérase	ADN polymérase
Fonction	Transcription de l’ADN	Réplication de l’ADN
But	Pour faire des copies d’ARN de gènes	Pour copier le génome entier
Heure de l’événement	Utilisé dans la transcription pendant la (les) phase (s) G	Utilisé dans la réplication pendant la phase S
Apprêt	Non requis pour la transcription	Requis pour le lancement de la réplication
Paires de bases utilisées pour synthétiser le produit	Adénine, guanine, cytosine et uracile	Adénine, guanine, cytosine et thymine
Produit résultant	ARN simple brin (par exemple, ARNm)	ADN double brin

ARN polymérase et médicaments

L’ARN polymérase est une cible intéressante pour le développement de médicaments en raison de sa présence omniprésente et de sa fonction tout au long de la vie. Les différences biochimiques de l’ARN polymérase entre les procaryotes et les eucaryotes permettent des médicaments spécifiques qui ciblent les ARN polymérases microbiennes sans aucune interaction avec les nôtres.

Plusieurs médicaments antimicrobiens fonctionnent comme des inhibiteurs de l’ARN polymérase en bloquant l’activité enzymatique bactérienne ou virale pendant une étape de la transcription. Par exemple, les rifamycines⁵ sont un groupe d’antibiotiques bactériens qui inhibent l’élongation en bloquant le canal de sortie de l’ARN polymérase. Ces médicaments sont couramment utilisés pour traiter les infections difficiles causées par la lèpre et la tuberculose.

Les références:

1. Mooney RA, Landick R. RNA polymérase dévoilée. Cellule. 1999; 98 (6): 687-690. doi: 10.1016 / s0092-8674 (00) 81483-x.

2. Khatter H, Vorländer MK, Müller CW. ARN polymérase I et III: similaire mais unique. Curr Opin Struct Biol. 2017; 47: 88-94. doi: 10.1016 / j.sbi.2017.05.008.

3. Schier AC, DJ de Taatjes. Structure et mécanisme de la machinerie de transcription de l’ARN polymérase II. Genes Dev. 2020; 34 (7-8): 465-488. doi: 10.1101 / gad.335679.119.

4. McKinlay A, Podicheti R, Wendte JM, Cocklin R, Rusch DB. Les ARN polymérases IV et V influencent les limites 3 ‘des unités de transcription Polymerase II chez Arabidopsis. RNA Biol. 2018; 15 (2): 269-279. doi: 10.1080 / 15476286.2017.1409930.

5. Sensi P (1983). « Histoire du développement de la rifampicine ». Examens des maladies infectieuses. 5 Suppl 3: S402–6. est ce que je:10.1093 / clinids / 5.supplement_3.s402. PMID 6635432