Pour surmonter le défi inhérent à l'interférence de terminaison de traduction causée par la reprogrammation des codons d'arrêt dans les cellules de mammifères, des chercheurs de l'Université de Pékin dirigés par Chen Peng du College of Chemistry and Molecular Engineering et Yi Chengqi de l'école des sciences de la vie ont développé une nouvelle stratégie d'expansion du codon qui permette une incorporation génétique non canonique (NCAA) sans perturbation. Cette approche innovante utilise des codons d'ARN modifiés post-transcriptionnellement à partir des 64 codons génétiques standard avec des transcrits ciblés pour coder les NCAA dans les systèmes de mammifères. Ce travail établit une plate-forme polyvalente pour étendre le code génétique dans les cellules de mammifères, ouvrant la voie à l'ingénierie avancée des protéines et aux études fonctionnelles dans des systèmes biologiques complexes. Ces résultats ont été publiés dans Nature Le 25 juin 2025, sous le titre « Expansion du codon RNA via l'édition et le décodage programmables de pseudouridine ».
Pourquoi c'est important:
L'incorporation spécifique au site d'acides aminés non canoniques (NCAA) offre de nouvelles opportunités pour adapter les fonctions protéiques avec des chimies personnalisées. Les stratégies d'expansion du code génétique traditionnelles (GCE) réalisent l'incorporation de la NCAA en réapparaissant les codons d'arrêt en tant que codons « vierges », qui n'est pas entièrement orthogonal à la terminaison de la traduction endogène, limitant sa précision et sa portée dans des contextes cellulaires. Cette méthode RCE utilise des codons modifiés par la pseudidine (ψCodons: ψGA, ψAA ou ψAG) de pseudidine bio-orthogonalement (ψCodons: ψGA, ψAA ou ψAG) à des transcrits d'ARNm désignés pour l'incorporation de NCAA dans les cellules de mammifères. La plate-forme RCE intègre un ARN de guide programmable, un ARNt de décodeur d'ingénierie et une aminoacyl-TRNA spécifique pour obtenir un décodage hautement sélectif de ψCodons. Ces avancées établissent une stratégie robuste qui utilise la pseudouridine comme une «lettre» post-transcriptionnelle, créant de nouvelles codons d'ARN pour l'ingénierie des protéines ciblés et élargissant le code génétique dans les systèmes eucaryotes.
Méthodologie:
Dans cette étude, les chercheurs ont établi une plate-forme d'expansion du codon d'ARN (RCE) pour attribuer des codons d'ARN modifiés à la pseudouridine (ψ) (ψCodons: ψGA, ψAA, ψAG) en tant que nouvelles codons « vierges » pour l'incorporation des codons endogènes non canoniques. Le système RCE est composé de trois composants essentiels: un ARN de guide programmable pour l'installation ciblée de ψCodon, un décodeur spécifiquement conçu TRNA ((ψGA) -trnapyl, (ψaa) -trnapyl, ou (ψAG) -trnapyl) pour la reconnaissance ψCodon pour le déscodication. Chaque ARNt de décodeur a démontré une forte préférence pour son ψCodon correspondant sur les codons natifs, garantissant l'orthogonalité dans la translatome des mammifères.
Le profilage des ribosomes et les analyses protéomiques ont révélé que RCE (ψGA) atteint une spécificité élevée pour l'incorporation de la NCAA, tout en préservant le codon d'arrêt UGA endogène, qui constitue environ 52% des codons d'arrêt dans le génome humain. De plus, les trois paires d'ARNt de coder ψCodon-Deccoder se sont révélées être mutuellement orthogonales, permettant l'incorporation spécifique au site de plusieurs NCAA avec des chaînes latérales distinctes en protéines de mammifères. Surtout, la plate-forme RCE était également compatible avec les systèmes GCE conventionnels, permettant une double incorporation de la NCAA dans les cellules uniques.
Résultats clés:
– Le système RCE permet le codage et le décodage programmables des codons d'ARN modifiés, atteignant une spécificité élevée à l'échelle de la translatome pour l'incorporation de la NCAA et minimisant la perturbation de la terminaison de traduction endogène.
– Chaque paire d'ARNt ψCodon-Decoder fonctionne orthogonalement, facilitant l'incorporation précise de multiples NCAA chimiquement diversifiés dans des protéines d'intérêt pour les cellules de mammifères.
– Cette méthodologie offre de nouvelles opportunités pour l'étude et la modulation précises de la fonction des protéines, soutenant à la fois la recherche fondamentale et les applications thérapeutiques potentielles.
Cette étude établit RCE comme une plate-forme robuste et polyvalente pour l'expansion du code génétique programmable dans les systèmes eucaryotes, permettant une modification précise des protéines spécifiques au site et des études fonctionnelles dans des contextes biologiques complexes.
