Cryo-EM révèle la structure d’une enzyme clé impliquée dans la production de protéines

Les ARN de transfert (ARNt) font partie des types d’ARN les plus courants dans une cellule et sont indispensables à la production de protéines dans tous les organismes connus. Ils ont une importante fonction de « traduction » : ils déterminent comment la séquence d’acides nucléiques, dans laquelle l’information génétique est codée, est transcrite en une séquence d’acides aminés à partir de laquelle les protéines sont construites.

Les ARN de transfert sont générés à partir d’ARNt précurseurs (pré-ARNt), qui sont convertis en plusieurs étapes en ARNt mature avec une structure tridimensionnelle complexe. Dans certains ARNt, cela comprend une étape au cours de laquelle une certaine section, appelée intron, est excisée. Chez l’homme, la Endonucléase d’épissage d’ARNt (TSEN) effectue cette tâche.

L’enzyme ARN kinase CLP1, qui se lie directement à TSEN, joue également un rôle pour assurer la conversion correcte des ARNt. Si TSEN et CLP1 sont incapables d’interagir entre eux en raison d’une mutation génétique, il semble que les ARNt ne puissent plus se former correctement non plus. Les conséquences de ceci sont souvent observées dans le développement de troubles neurodégénératifs. L’une d’entre elles est l’hypoplasie pontocérébelleuse, qui entraîne de graves handicaps et un décès prématuré dans la petite enfance. Cette maladie progressive très rare se manifeste par un développement anormal du cervelet et du pont, une partie du tronc cérébral.

Bien que l’activité TSEN soit essentielle à la vie, il était à ce jour peu clair comment l’enzyme se lie aux pré-ARNt et comment les introns sont excisés. L’absence d’une structure tridimensionnelle de l’enzyme a également rendu difficile l’évaluation des changements déclenchés par des mutations pathogènes spécifiques. Au moyen de cryo-microscopie électronique (cryo-EM) menée dans les installations de l’Université Julius-Maximilians de Würzburg et de l’Institut de biochimie de l’Université Goethe de Francfort, des chercheurs dirigés par le Dr Simon Trowitzsch de l’Institut de biochimie de l’Université Goethe ont ont maintenant réussi à faire la lumière sur la structure tridimensionnelle d’un complexe TSEN/pré-ARNt.

À l’aide de leurs reconstructions cryo-EM, l’équipe de recherche a pu montrer pour la première fois comment TSEN interagit avec le pré-ARNt en forme de L. TSEN excise ensuite l’intron du bras long du L.

Tout d’abord, TSEN s’installe dans le coin du L. Il peut alors reconnaître à la fois le bras court et le bras long ainsi que l’angle entre eux”,

Dr Simon Trowitzsch, Institut de biochimie, Université Goethe

La sous-unité TSEN 54 (TSEN54) joue un rôle clé dans la reconnaissance du pré-ARNt, comme les chercheurs ont maintenant pu le corroborer. La sous-unité sert de “règle moléculaire” et mesure la distance entre le bras long et le bras court du L. De cette façon, TSEN reconnaît à quel point le pré-ARNt doit être clivé afin d’éliminer l’intron.

De nouvelles découvertes sur l’interaction de l’ARN kinase CLP1 et de la sous-unité TSEN TSEN54 ont été une surprise : CLP1 se lie évidemment à une région non structurée et donc très flexible de TSEN54. C’est précisément cette région qui contient un acide aminé le plus fréquemment muté chez les patients atteints d’hypoplasie pontocérébelleuse. “Pour nous, c’est une indication importante que le développement de médicaments à l’avenir devrait se concentrer sur le maintien de l’interaction entre TSEN et CLP1”, est convaincu Samoil Sekulovski, premier auteur de l’étude.

Les scientifiques espèrent désormais que les données structurales permettront de simuler des modèles utilisables pour la recherche de substances actives potentielles. Trowitzsch résume : “Bien qu’une thérapie prometteuse soit encore loin devant nous, notre structure constitue en effet une base solide pour une meilleure compréhension du fonctionnement de TSEN et des schémas pathologiques de ses mutants.”