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Interactions macromoléculaires à l’origine de la traduction des ARN messagers en protéines
Principaux
résultats obtenus en 2008 :
Protection des cellules contre les produits avortés de la traduction du message génétique. Les protéines résultent de la polymérisation d'acides aminés, guidée par un ARN messager. Ces acides aminés sont présentés au ribosome, en face des codons à traduire, grâce à des acides nucléiques appelés ARN de transfert ou ARNt. Pour participer à la traduction, un acide aminé doit avoir été estérifié préalablement à un ARNt, pour donner un aminoacyl-ARNt. Lorsqu’une protéine s’allonge par polymérisation, le ribosome la « tient » du côté du bout en croissance. Par construction, le mécanisme de la traduction assure qu’un ARNt soit toujours attaché à cette extrémité de la protéine. C’est la liaison de cet ARNt au messager qui permet au ribosome de ne jamais « lâcher » la protéine en cours de fabrication, sauf à la fin quand le cycle de traduction se termine. En réalité, le ribosome commet des erreurs. À basse fréquence, la traduction, en avortant, relâche des ARNt auxquels sont attachés des polypeptides inachevés. L’accumulation de ces peptidyl-ARNt, métaboliquement inutiles, est préjudiciable à la vie des cellules. Aussi celles-ci ont elles été dotées par l’évolution d’une protéine enzymatique capable de recycler les peptidyl-ARNt en ARNt tout simples. Cette protéine appelée peptidyl-ARNt hydrolase fait partie de la nouvelle génération de cibles potentielles en antibiothérapie bactérienne. En effet, comme notre laboratoire l’a établi dans le passé, si on prive une bactérie de son activité peptidyl-ARNt hydrolase, elle meurt.Nous avons entrepris une caractérisation du complexe de la peptidyl-ARNt hydrolase bactérienne et de son substrat en solution, par RMN, en collaboration avec une équipe de l’ICSN hébergée à l’Ecole polytechnique. Cette année, une étape importante a été franchie avec l’identification de la région d’interaction de l’ARNt sur la structure 3D de la protéine. Rappelons que notre laboratoire a été le premier à obtenir, en 1997, une structure cristallographique à haute résolution pour une peptidyl-ARNt hydrolase.
Résistance des bactéries pathogènes aux aminoglycosides. Les antibiotiques de la famille des aminoglycosides sont très utilisés pour traiter des infections humaines graves dues à des bactéries gram-négatives. Malheureusement, certaines de ces bactéries sont devenues résistantes à ces antibiotiques grâce à l’acquisition de gènes codant pour des méthyltransférases spécifiques de la guanosine en position 1405 de l’ARN de la petite sous-unité du ribosome. Une inactivation de ces méthyltransférases doit permettre de restaurer l’activité des antibiotiques sur les germes devenus résistants. En collaboration avec l’Unité des Agents Antibactériens de l’Institut Pasteur (Paris), nous avons déterminé les premières structures tridimensionnelles de deux de ces méthyltransférases. L’analyse de ces structures, associées à des expériences de mutagenèse dirigée, nous a permis d’identifier un domaine protéique indispensable à l’activité, ainsi que des résidus essentiels à la reconnaissance du substrat ARN et à la catalyse. Ce travail ouvre la voie à la conception d’inhibiteurs spécifiques de cette famille de méthylases.
Protection des cellules contre les produits avortés de la traduction du message génétique. Les protéines résultent de la polymérisation d'acides aminés, guidée par un ARN messager. Ces acides aminés sont présentés au ribosome, en face des codons à traduire, grâce à des acides nucléiques appelés ARN de transfert ou ARNt. Pour participer à la traduction, un acide aminé doit avoir été estérifié préalablement à un ARNt, pour donner un aminoacyl-ARNt. Lorsqu’une protéine s’allonge par polymérisation, le ribosome la « tient » du côté du bout en croissance. Par construction, le mécanisme de la traduction assure qu’un ARNt soit toujours attaché à cette extrémité de la protéine. C’est la liaison de cet ARNt au messager qui permet au ribosome de ne jamais « lâcher » la protéine en cours de fabrication, sauf à la fin quand le cycle de traduction se termine. En réalité, le ribosome commet des erreurs. À basse fréquence, la traduction, en avortant, relâche des ARNt auxquels sont attachés des polypeptides inachevés. L’accumulation de ces peptidyl-ARNt, métaboliquement inutiles, est préjudiciable à la vie des cellules. Aussi celles-ci ont elles été dotées par l’évolution d’une protéine enzymatique capable de recycler les peptidyl-ARNt en ARNt tout simples. Cette protéine appelée peptidyl-ARNt hydrolase fait partie de la nouvelle génération de cibles potentielles en antibiothérapie bactérienne. En effet, comme notre laboratoire l’a établi dans le passé, si on prive une bactérie de son activité peptidyl-ARNt hydrolase, elle meurt.Nous avons entrepris une caractérisation du complexe de la peptidyl-ARNt hydrolase bactérienne et de son substrat en solution, par RMN, en collaboration avec une équipe de l’ICSN hébergée à l’Ecole polytechnique. Cette année, une étape importante a été franchie avec l’identification de la région d’interaction de l’ARNt sur la structure 3D de la protéine. Rappelons que notre laboratoire a été le premier à obtenir, en 1997, une structure cristallographique à haute résolution pour une peptidyl-ARNt hydrolase.
Résistance des bactéries pathogènes aux aminoglycosides. Les antibiotiques de la famille des aminoglycosides sont très utilisés pour traiter des infections humaines graves dues à des bactéries gram-négatives. Malheureusement, certaines de ces bactéries sont devenues résistantes à ces antibiotiques grâce à l’acquisition de gènes codant pour des méthyltransférases spécifiques de la guanosine en position 1405 de l’ARN de la petite sous-unité du ribosome. Une inactivation de ces méthyltransférases doit permettre de restaurer l’activité des antibiotiques sur les germes devenus résistants. En collaboration avec l’Unité des Agents Antibactériens de l’Institut Pasteur (Paris), nous avons déterminé les premières structures tridimensionnelles de deux de ces méthyltransférases. L’analyse de ces structures, associées à des expériences de mutagenèse dirigée, nous a permis d’identifier un domaine protéique indispensable à l’activité, ainsi que des résidus essentiels à la reconnaissance du substrat ARN et à la catalyse. Ce travail ouvre la voie à la conception d’inhibiteurs spécifiques de cette famille de méthylases.
Etude du démarrage de la traduction chez les eucaryotes et les archées. Le démarrage de la biosynthèse des protéines repose sur des signaux inscrits dans le message génétique. Certains de ces signaux sont très proches chez les eucaryotes et les archées. Les systèmes archéens constituent donc de bons modèles pour comprendre les systèmes eucaryotes, plus faciles à manier. Nous avons cette année pu obtenir des préparations homogènes d’un complexe comprenant tous les composants, dont la petite sous-unité du ribosome, nécessaires au démarrage de la traduction d’une archée. L’organisation structurale de ce complexe est maintenant étudiée par cryo-microscopie électronique, en collaboration avec le Laboratoire de Minéralogie et de Physique de la Matière Condensée (Paris).
Relations structure-fonction de l’ARN de transfert initiateur bactérien. Dans toutes les cellules, un ARNt spécialisé, dit initiateur, est chargé d’incorporer la méthionine qui débute la synthèse de tout polypeptide. La sélection de cet ARNt par le système de démarrage de la traduction revêt une importance cruciale pour que le code génétique soit déchiffré de manière correcte. En collaboration avec le Laboratoire de Cristallographie et RMN biologiques (Paris), nous avons déterminé la structure cristalline de l’ARNt initiateur du colibacille. La boucle de l’anticodon adopte une conformation inédite, qui dépend de trois paires GC qui caractérisent la tige anticodon des ARNt initiateur. Cette observation permet de proposer un mécanisme par lequel le système de démarrage pourrait reconnaître l’ARNt initiateur.
