Les molécules d’ARN messager sont coiffées d’un nucléotide inversé

Enzymes de coiffage de l’ARN messager.

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Dans nos cellules, la transcription n’est pas qu’un simple processus de lecture de l’ADN et de construction d’un brin d’ARN complémentaire. Presque immédiatement après le début de l’ARN polymérase, la cellule effectue des changements. Lorsque l’ARNm ne compte plus qu’une trentaine de nucléotides, la cellule effectue son premier changement : elle connecte un nucléotide guanosine à l’extrémité. Cette « coiffe » est inhabituelle à plusieurs égards : la base guanine est méthylée, la connexion est formée de trois phosphates au lieu du phosphate unique normal, et l’orientation du nucléotide est opposée à la connexion normale de nucléotide à nucléotide. Cette structure inhabituelle protège l’ARN des enzymes qui digèrent les acides nucléiques, et fournit également un signal reconnaissable aux molécules qui utilisent l’ARNm. Plus tard, la cellule apportera des modifications supplémentaires à l’ARNm en croissance, en ajoutant une chaîne de nucléotides adénosine à l’autre extrémité, puis en épissant les régions qui ne codent pas pour des protéines.

Mettre la coiffe

La coiffe de l’ARN messager se fait en trois étapes, chacune étant réalisée par une enzyme différente. L’ARNm tout neuf possède trois phosphates à son extrémité, la première étape consiste donc à en couper un. Ensuite, la deuxième enzyme fixe le GMP à la nouvelle extrémité diphosphate, créant ainsi la liaison triphosphate inhabituelle et l’orientation inversée. Enfin, une troisième enzyme méthyle la base guanine, la rendant encore plus reconnaissable.Étonnamment, ces enzymes sont liées à une longue queue phosphorylée sur l’ARN polymérase, de sorte qu’elles sont maintenues exactement au bon endroit pour modifier un nouvel ARNm lors de sa transcription.

La coiffe en action

Les trois enzymes sont présentées ici. Le complexe présenté ici en haut est issu de la levure (entrée PDB 3kyh ),et comprend les deux premières enzymes. Les deux sous-unités au centre (en bleu) effectuent la réaction d’élagage, et les deux sous-unités de chaque côté (en vert) effectuent le transfert des nucléotides. Dans nos propres cellules, une longue chaîne de protéines avec deux enzymes connectées effectue ces deux réactions. L’enzyme inférieure (entrée PDB 1ri1 ) effectue la réaction de méthylation.

Décapsuler

Enzymes de décapsulation de l’ARN messager.

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Lorsque les cellules en ont fini avec leurs ARNm, elles doivent les recycler. Pour ce faire, elles doivent retirer le capuchon, afin que les enzymes de décapsulation de l’ARN puissent se mettre au travail. Deux enzymes de décapsulation sont présentées ici. À gauche, Dcp1/Dcp2 (entrée PDB 2qkm ), un complexe enzymatique qui reconnaît les ARNm anciens ou obsolètes et enlève la coiffe, permettant ainsi l’accès aux enzymes qui mastiquent les nucléotides à partir de l’extrémité. Une enzyme de décapsulation « scavenger » est représentée à droite (entrée PDB 1st0 ).Elle enlève la coiffe de l’ARN qui a été découpé en morceaux par les exosomes.

Exploration de la structure

• Image
• JSmol 1

L’enzyme d’addition du GMP s’ouvre et se ferme pendant sa réaction compliquée. Elle effectue la réaction en deux étapes. D’abord, elle trouve une molécule de GTP, se ferme autour d’elle et attache le nucléotide à l’un de ses propres acides aminés lysine. Ensuite, il s’ouvre et libère le pyrophosphate qu’il a retiré du GTP, et se referme autour de l’extrémité de l’ARNm, effectuant la réaction de transfert de nucléotide. Après ces deux étapes, elle s’ouvre à nouveau pour libérer l’ARNm coiffé. Les chercheurs ont capturé une forme virale de l’enzyme dans plusieurs de ces étapes (entrées PDB 1ckm ,1ckn et1cko ).Cliquez sur l’image pour voir un Jmol interactif qui montre les structures.