Evolution des systèmes d’initiation de la traduction chez les eucaryotes

L’initiation de la traduction chez les eucaryotes est un mécanisme complexe impliquant de multiples facteurs et de nombreuses étapes successives. Notre équipe s’intéresse à ces mécanismes dans le cas particulier des ARNm de sélénoprotéines ainsi qu’aux diverses étapes d’assemblage de ces ARNm.

Les sélénoprotéines jouent un rôle essentiel dans la protection antioxydante et le maintien du potentiel redox des cellules. Chez l’homme, 25 sélénoprotéines sont impliquées dans divers mécanismes fondamentaux. Parmi celles-ci, les glutathion peroxidases (GPx) et les thiorédoxines réductases (TrxR) sont les acteurs majeurs du maintien du potentiel redox de la cellule. La perte de fonction de ces enzymes est associée à un fort risque de cancer. Comprendre leur mode de régulation et d’expression présente un grand intérêt thérapeutique.

Le sélénium est incorporé dans les sélénoprotéines sous la forme de l’acide aminé sélénocystéine (Sec). Celui-ci est codé par un codon UGA_Sec, habituellement l’un des codons de terminaison de la traduction et son incorporation fait appel à un mécanisme de recodage co-traductionnel particulièrement complexe. Chez les eucaryotes, ce processus est conditionné par le recrutement de facteurs spécialisés dans la région 3’ non codante de l’ARNm des sélénoprotéines. Une structure en tige-boucle ou ARN SECIS (Selenocysteine Insertion Sequence) est reconnue spécifiquement par la protéine SBP2 afin de recruter les facteurs de la machinerie de biosynthèse. Nous avons montré que l’assemblage des ARNm de sélénoprotéines présentait de surprenantes similarités avec celui d’autres RNP essentielles de la cellule : les snoRNP nucléolaires (maturation des ribosomes) et snRNP nucléaires (épissage des pré-ARNm).

Nos travaux ont contribué à mettre en évidence l’existence d’un mécanisme particulier de maturation de la coiffe des ARNm de sélénoprotéines (Wurth et al., 2014). Les ARNm eucaryotes se caractérisent généralement par la présence d’une coiffe monométhylée m⁷G à leur extrémité 5. Celle-ci est reconnue par de multiples effecteurs protéiques et joue un rôle essentiel dans l’initiation de la traduction des ARNm mais également dans leur localisation et dégradation. Nous avons montré que certains ARNm de sélénoprotéines ne sont pas reconnus efficacement par le facteur canonique d’initiation de la traduction eIF4E car ils possèdent une coiffe hyperméthylée m₃^2,2,7G semblable à celle présente sur certains petits ARN non codants (Wurth et al., 2014). Cette coiffe particulière résulte de la modification catalysée par la triméthylguanosine synthase 1 (Tgs1) dont nous avons observé l’interaction avec les ARNm de sélénoprotéines. Au cours de ce processus, Tgs1 serait recrutée par les chaperons d’assemblage habituellement dédiés à la maturation des petits ARN non codants. Nous avons également observé que les ARNm coiffés m₃^2,2,7G étaient associés aux ribosomes en cours de traduction et que in vivo, l’activité de Tgs1 était requise pour la traduction de la sélénoprotéine GPx1 alors que celle du facteur d’initiation eIF4E ne l’était pas, ce qui suggère l’existence d’un mécanisme d’initiation de la traduction non conventionnel.

Publications

• Wurth L., Gribling-Burrer A.S., Verheggen C., Leichter M., Takeuchi A., Baudrey S., Martin F., Krol A., Bertrand E. and Allmang C. (2014). Hypermethylated capped selenoprotein mRNAs in mammals. Nucleic Acids Res 42(13), 8663-77.
• Allmang C. and Krol A. (2012). Selenoprotein biosynthesis. In Selenoproteins and Mimics (Liu J., Luo G., Mu Y., eds.), part of the series Advanced Topics in Science and Technology in China, Springer Berlin Heidelberg, 106-124.
• Oliéric V., Wolff P., Takeuchi A., Bec G., Birck C., Vitorino M., Kieffer B., Beniaminov A., Cavigiolio G., Theil E., Allmang C., Krol A. and Dumas P. (2009). SECIS-binding protein 2, a key player in selenoprotein synthesis, is an intrinsically disordered protein. Biochimie 91(8), 1003-9.
• Allmang C., Wurth L. and Krol A. (2009). The selenium to selenoprotein pathway in eukaryotes : more molecular partners than anticipated. Biochim Biophys Acta 1790(11), 1415-23.
• Takeuchi A., Schmitt D., Chapple C., Babaylova E., Karpova G., Guigo R., Krol A. and Allmang C. (2009). A short motif in Drosophila SECIS Binding Protein 2 provides differential binding affinity to SECIS RNA hairpins. Nucleic Acids Res 37(7), 2126-41.
• Boulon S., Marmier-Gourrier N., Pradet-Balade B., Wurth L., Verheggen C., Jády B.E., Rothé B., Pescia C., Robert M.C., Kiss T., Bardoni B., Krol A., Branlant C., Allmang C., Bertrand E. and Charpentier B. (2008). The Hsp90 chaperone controls the biogenesis of L7Ae RNPs through conserved machinery. J Cell Biol 180(3), 579-95.
• Clery A., Bourguignon-Igel V., Allmang C., Krol A. and Branlant C. (2007). An improved definition of the RNA binding specificity of SECIS-binding protein 2, an essential component of the selenocysteine incorporation machinery. Nucleic Acids Res 35(6), 1868-84.
• Allmang C. and Krol A. (2006). SECIS RNAs and K-turn binding proteins. A survey of evolutionary conserved RNA and protein motifs. In Selenium, Its Molecular Biology and Role in Human Health, 2^nd edition (Hatfield D.L, Berry M.J.and Gladyshev V.N., eds.), Springer, US, chapter 5, 51-61.
• Allmang C. and Krol A. (2006). Selenoprotein synthesis : UGA does not end the story. Biochimie 88(11), 1561-71.
• Allmang C., Carbon P. and Krol A. (2002). The SBP2 and 15.5 kD/Snu13p proteins share the same RNA binding domain : identification of SBP2 amino acids important to SECIS RNA binding. RNA 8(10), 1308-18.
• Lescure A., Allmang C., Yamada K., Carbon P. and Krol A. (2002). cDNA cloning, expression pattern and RNA binding analysis of human selenocysteine insertion sequence (SECIS) binding protein 2. Gene 291(1-2), 279-85.