La cryo-microscopie électronique met en lumière l’épissage de l’ARN

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L’excision des introns non codants des ARN pré-messagers est catalysée par le splicéosome, un grand complexe ARN-protéine qui reconnaît des séquences spécifiques aux limites exon-intron (sites d’épissage). Ces séquences sont hautement dégénérées chez l’homme et la façon dont elles sont reconnues par le splicéosome est restée insaisissable. Dans une nouvelle étude, Tholen et al. rapportent une série de structures à haute résolution de la petite ribonucléoprotéine nucléolaire humaine U2, le composant du splicéosome qui reconnaît les sites de ramification. Les structures expliquent comment SF3B6 aide à stabiliser l’hélice de branche en l’absence de complémentarité de séquence étendue. Un intermédiaire d’assemblage de splicéosome nouvellement identifié suggère un mécanisme de contrôle de la fidélité de la reconnaissance du site de ramification.

Le groupe Galej de l’EMBL Grenoble a récemment obtenu des instantanés haute résolution des réarrangements dynamiques du complexe snRNP U2, un composant crucial du splicéosome humain. Ce complexe macromoléculaire est chargé de trier le codage des segments non codants lors de l’épissage de l’ARN – le processus par lequel les informations dans les ARN messagers sont réarrangées, leur permettant de produire des protéines fonctionnelles. Ces résultats ont été publiés dans Science.

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Instantanés du complexe snRNP U2 humain, un élément constitutif du spliceosome humain responsable de la reconnaissance des sites de ramification. Crédits : © Wojciech Galej/EMBL, Isabel Romero Calvo/EMBL.

Trier les bonnes informations

L’ADN fabrique l’ARN, l’ARN fabrique des protéines. Cette phrase apparemment simple, décrivant comment les gènes sont transcrits en ARN messagers puis traduits en protéines, cache une multitude d’étapes moléculaires complexes. Chez les eucaryotes – des organismes comme les animaux, les plantes et les champignons – l’une de ces étapes s’appelle l’épissage de l’ARN. L’épissage est nécessaire car presque tous les gènes des cellules eucaryotes comprennent des segments appelés introns, qui ne sont pas nécessaires pour fabriquer une protéine. Afin de créer des protéines qui fonctionnent correctement, la cellule doit éliminer les introns de la molécule d’ARNm, en ne conservant que les exons – les segments qui transportent les informations codant pour les protéines. Cette réaction est catalysée par un grand complexe macromoléculaire appelé “splicéosome”. Les splicéosomes sont des machines moléculaires complexes et très dynamiques, ce qui les rend très difficiles à étudier avec les méthodes traditionnelles de biologie structurale. Désormais, les techniques de cryo-microscopie électronique (cryo-EM) ont permis aux chercheurs du groupe Galej de l’EMBL Grenoble de montrer comment le splicéosome reconnaît le site de la branche, une position clé au sein des introns qui influence le résultat de la réaction d’épissage.

Les sites de ramification sont situés à proximité des extrémités des introns. En raison de cet emplacement, ils sont importants pour déterminer où se termine un intron et où la séquence codant pour la protéine recommence. Cela signifie que sans eux, un ARN messager qui décrit une protéine entièrement fonctionnelle ne peut pas être produit. Les chercheurs ont utilisé la cryo-EM pour obtenir des instantanés de la structure moléculaire du complexe snRNP U2, le composant du splicéosome qui reconnaît le site de la branche. “Nous avons développé une nouvelle méthode pour purifier ces particules complexes directement à partir de cellules humaines et avons déterminé leur structure 3D à très haute résolution”, a déclaré Jonas Tholen, premier auteur de l’article et doctorant du groupe Galej. “Les détails atomiques nous permettent de voir précisément comment différentes protéines et ARN interagissent entre eux et avec le site de la branche”.

Une étape cruciale dans l’expression des gènes

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En combinant ces structures avec des essais biochimiques, les scientifiques ont pu décrire en détail le mécanisme par lequel le splicéosome reconnaît les sites de ramification et exécute le processus d’épissage précisément à ces endroits. Ils ont pu trouver deux intermédiaires jusque-là inconnus du complexe au cours du processus d’épissage et montrer qu’une protéine supplémentaire – SF3B6 – joue un rôle important dans la stabilisation du site de ramification au sein du splicéosome. “Une série d’études biochimiques datant d’il y a 25 ans a indiqué que cette protéine est très importante pour la réaction d’épissage, mais sa fonction précise restait insaisissable. Grâce à nos nouvelles connaissances, nous avons pu expliquer ces premières observations”, a expliqué Wojciech Galej.

“Certaines estimations prédisent que jusqu’à 60% des troubles génétiques surviennent en relation avec des problèmes de signaux d’épissage ou des dysfonctionnements de la machinerie d’épissage”, a ajouté Galej. “Cela fait de la machinerie d’épissage une cible médicamenteuse potentielle pour le traitement de certaines maladies génétiques. Comprendre les détails moléculaires et atomiques du mécanisme d’épissage ouvre de nouvelles possibilités pour identifier ou développer des médicaments capables de moduler ce processus dans le traitement de certaines maladies génétiques”.

Voir la publication

Tholen J, Razew M, Weis F, Galej WP. “Structural basis of branch site recognition by the human spliceosome”. Science. 2022 Jan; 375(6576):50-57. DOI: 10.1126/science.abm4245. PMID: 34822310.

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