La structure d’un gène codant pour une protéine eucaryote. La séquence régulatrice contrôle quand et où l’expression se produit pour la région codant pour la protéine (rouge). Les régions promotrices et amplificatrices (jaune) régulent la transcription du gène en un pré-ARNm qui est modifié pour éliminer les introns (gris clair) et ajouter une coiffe 5′ et une queue poly-A (gris foncé). Les régions non traduites 5′ et 3′ de l’ARNm (bleu) régulent la traduction en produit protéique final.

La structure d’un opéron procaryote de gènes codant pour des protéines. La séquence régulatrice contrôle le moment où l’expression se produit pour les multiples régions codant pour des protéines (rouge). Les régions promoteur, opérateur et amplificateur (jaune) régulent la transcription du gène en ARNm. Les régions non traduites de l’ARNm (bleu) régulent la traduction en produits protéiques finaux.

Dans l’ADN, la régulation de l’expression des gènes se fait normalement au niveau de la biosynthèse de l’ARN (transcription), et s’effectue par la liaison spécifique à la séquence de protéines (facteurs de transcription) qui activent ou inhibent la transcription. Les facteurs de transcription peuvent agir comme des activateurs, des répresseurs ou les deux. Les répresseurs agissent souvent en empêchant l’ARN polymérase de former un complexe productif avec la région d’initiation de la transcription (promoteur), tandis que les activateurs facilitent la formation d’un complexe productif. En outre, il a été démontré que les motifs d’ADN permettent de prédire les modifications épigénomiques, ce qui suggère que les facteurs de transcription jouent un rôle dans la régulation de l’épigénome.

Dans l’ARN, la régulation peut intervenir au niveau de la biosynthèse des protéines (traduction), du clivage de l’ARN, de l’épissage de l’ARN ou de la terminaison transcriptionnelle. Les séquences régulatrices sont fréquemment associées aux molécules d’ARN messager (ARNm), où elles sont utilisées pour contrôler la biogenèse ou la traduction de l’ARNm. Diverses molécules biologiques peuvent se lier à l’ARN pour accomplir cette régulation, notamment des protéines (par exemple, des répresseurs de traduction et des facteurs d’épissage), d’autres molécules d’ARN (par exemple, des miARN) et de petites molécules, dans le cas des riboswitches.

Des recherches visant à trouver toutes les régions régulatrices dans les génomes de toutes sortes d’organismes sont en cours. Les séquences non codantes conservées contiennent souvent des régions régulatrices et font donc souvent l’objet de ces analyses.