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Actualités scientifiques

Vers une meilleure compréhension de l'architecture moléculaire de la machinerie de production de l'ARN ribosomique

L’ARN Pol I dimérique est inactive et ne peut se lier à l’ADN car sous cette forme les deux monomères inhibent mutuellement leur site actif. La liaison de Rrn3 favorise la dissociation du dimère en s’associant avec l’interface de dimérisation, et permet le recrutement sur le promoteur des gènes ribosomiques grâce à une interaction avec le facteur Core. Rrn3 se dissocie lorsque l’ARN Pol I transcrit le gène et la forme monomérique relâchée à la fin du gène à tendance à dimériser.

Structure of the initiation-competent RNA polymerase I and its implication for transcription.

Pilsl M(1), Crucifix C(2), Papai G(2), Krupp F(2), Steinbauer R(1), Griesenbeck J(1), Milkereit P(1), Tschochner H(1), Schultz P(2).

Nat Commun 15 juillet 2016


15 juillet 2016

L’équipe de Patrick Schultz à l’IGBMC a dévoilé l’architecture d’une forme activée de l’ARN polymérase I (ARN Pol I) par cryo microscopie électronique. Cette enzyme synthétise une classe particulière d’ARN nécessaire à la formation des ribosomes, machines moléculaires responsables de la synthèse des protéines. Les résultats sont publiés dans le journal Nature Communications, depuis le 15 juillet.


L’ARN Pol I est responsable de la synthèse des ARN ribosomiques qui peuvent représenter jusqu’à 80% des ARN synthétisés par la cellule. A l’instar des autres ARN polymérases, pour initier la synthèse d’ARN cette enzyme doit être positionnée en amont des gènes à transcrire sur la région promotrice grâce à son interaction avec des facteurs de transcription spécifiques. L’ARN Pol I transcrit massivement un seul gène contrairement à l’enzyme de type II qui est recrutée sur plus de 40 000 gènes différents. Malgré de nombreuses similitudes, les modes de fonctionnement et de régulation des deux enzymes sont très différents.

 

Démontrer le mode d’association de l’ARN Pol I avec le facteur régulateur Rrn3


Afin de rendre l’ARN Pol I transcriptionnellement compétente, celle-ci doit interagir avec la protéine Rrn3. L’équipe de Patrick Schultz à l’IGBMC, en collaboration avec l’équipe d’Herbert Tschochner de l’Université de Regensburg en Allemagne a analysé la structure d’un complexe formé entre ces deux partenaires. Les chercheurs ont essayé de comprendre les changements structuraux responsables de l’activation de l’enzyme.

 

Les structures atomiques des deux partenaires sont connues par des études cristallographiques mais le complexe reste peu abondant et difficile à former in vitro car sa formation est régulée par un ensemble de modifications post-traductionnelles. L’équipe allemande a forcé la formation de ce complexe dans la levure en sur-exprimant Rrn3, le partenaire minoritaire. Le complexe fonctionnel a ainsi pu être purifié en quantité suffisante pour être observée en cryo microscopie électronique.

 

Mettre en évidence les changements de conformation requis pour activer l’enzyme

 

Les travaux publiés dévoilent l’organisation 3D du complexe entre l’ARN Pol I et la protéine Rrn3 à 0,7 nm de résolution spatiale. À ce niveau de détails, la structure secondaire des deux partenaires est mise en évidence permettant ainsi de voir avec une grande précision comment ils interagissent.

 

La comparaison avec la structure atomique de l’ARN Pol I a mis en évidence des différences importantes. Ainsi, le sillon de liaison de l’ADN adopte une position plus fermée et la partie N-terminale d’une sous-unité de l’ARN Pol I adopte une position radicalement différente. Tout ceci libère le canal emprunté par les nucléotides tri-phosphates pour accéder au site actif de l’enzyme.

 

L’ensemble de ces résultats fournissent des informations importantes sur l'architecture moléculaire de la machinerie de synthèse de l'ARN ribosomique.

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