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L'importance de la 3D dans la lecture du code génétique

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Deux équipes anglaises viennent de percer le rôle des structures secondaires de l'ARNm dans la reprogrammation du ribosome. Grâce à la cryo-microscopie électronique, ces équipes ont pu visualiser pour la première fois un ribosome de mammifère directement en interaction avec une structure secondaire de l'ARNm. Ce travail permet de mieux comprendre le fonctionnement du ribosome ainsi que l'importance des structures de l'ARNm.

Données de bases : la traduction et le décalage du cadre de lecture

Les gènes sont similaires à des phrases. Ils sont constitués de mots de trois lettres (les codons), ils débutent par une "majuscule" (le codon initiateur) et se terminent par un "point" (le codon stop). La lecture de cette phrase (la traduction) est effectuée grâce au ribosome par l'intermédiaire des ARN de transferts. La traduction doit être fidèle afin de permettre la synthèse d'une protéine active. Mais comme tout processus biologique des erreurs peuvent subvenir aléatoirement au cours de cette lecture.

Parmi les erreurs les plus dramatiques, il y a le décalage du cadre de lecture. La lecture de l'ARNm va alors se décaler ponctuellement d'une lettre entrainant ainsi un décalage de la lecture de tous les autres mots. Ceci aboutit à la fabrication d'une protéine totalement erronée. Souvant cette protéine est rapidement dégradée afin d'éviter toute conséquence négative pour la cellule (voir l'exemple).

Un petit exemple : la phrase "Monlitestmou." est lue codons par codons ce qui donne "Mon lit est mou.". Maintenant le ribosome va faire une erreur en oubliant la lettre sous-lignée. Comme la lecture s'effectue toujours codons par codons la phrase donne donc "Mon ite stm ou." Ce qui n'a plus aucun sens. C'est exactement la même chose qui se passe pour les gènes.

Les erreurs programmées

Contrairement aux erreurs mentionnées ci-dessus, les erreurs programmées permettent au contraire la synthèse d'une protéine possédant une nouvelle activité enzymatique (on parle de recodage de l'information génétique). Ces événements se produisent à des endroits spécifiques sur certains ARNm avec une forte efficacité. Les sites de décalage en -1 sont constitués d'une séquence glissante (où les ARNt vont changer de cadre de lecture) et une structure secondaire (souvent un pseudonoeud) stimulant le glissement des ARNt.

Le rôle de ces structures secondaire dans le changement de cadre de lecture est connu depuis longtemps, mais les mécanismes moléculaires permettant aux pseudonoeuds de stimuler le glissement des ARNt restaient totalement inconnus.

Les résultats publiés aujourd'hui dans la revue Nature montrent que le pseudonoeud bloque le ribosome dans une étape intermédiaire de la translocation. Le ribosome bloque au niveau du pseudonoeud en ayant des difficultés pour résoudre cette structure secondaire. Les tensions alors exercées sur l'ARNm à la fois par le facteur d'élongation (eEF-G) et par la résistance du pseudonoeud provoque une torsion de l'ARNt présent dans le ribosome. Le décalage de cet ARNt d'un nucléotide permet de relacher cette torsion ce qui entraîne le relargage du facteur eEF-G permettant ainsi à la traduction de se poursuivre dans la nouvelle phase.

Image de la sous unité 50S du ribosome de Haloarcula marismortui à une résolution de 2,4Å. L'ARNr est représenté en gris, les protéines constitutives du ribosome sont représentées en jaune et se situent quasiment uniquement à la périphérie. D'après Ban, N et collaborateurs. Science, 289, 905-920 (2000)

Ces résultats sont particulièrement importants car ils démontrent le rôle essentiel que peuvent jouer les structures de l'ARNm sur le fonctionnement du ribosome. En effet, on à communément l'habitude de s'intéresser uniquement à l'information primaire (c'est à dire à la succession des codons). Or les ARNm sont des molécules hautement structurées et ces structures peuvent avoir un rôle important dans le déchiffrage du code génétique. Ainsi il est important de garder à l'esprit que le code génétique n'est pas uniquement linéaire.