Pour construire des protéines, les cellules s'appuient sur une molécule appelée ARN de transfert, ou ARNt. Les ARNt agissent comme des courriers de construction de protéines, où ils lisent les instructions génétiques de l'ARN messager, de l'ARNm, et fournissent les bons acides aminés aux ribosomes, les usines de fabrication de protéines de la cellule. Mais avant que les TRNA puissent faire leur travail, ils doivent d'abord être coupés et façonnés correctement.
Maintenant, des chercheurs de l'Université de Kyushu ont révélé que la plus petite enzyme de traitement d'ARNt à base de protéines connu, appelée Harp, forme un complexe en forme d'étoile de 12 molécules de protéines, ce qui le rend capable de couper les extrémités 5 'et 3' d'ARNt. L'équipe espère que leurs résultats auront un large impact sur la recherche de biologie synthétique et de biotechnologie, et aideront à la conception des enzymes artificielles et des outils de traitement de l'ARN. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Communications de la nature.
Dans tout système biologique, la plupart des protéines fabriquées dans la cellule doivent subir un traitement pour qu'elles fonctionnent pleinement. Dans le cas de l'ARNt, l'un de ces processus est la coupe des extrémités de la traînée de l'ARN qui composent la molécule. Selon la direction, celles-ci sont appelées les extrémités 5-prime ou 3-prime, désignées respectivement de 5 'et 3'.
Une enzyme clé responsable de la coupe du segment supplémentaire à l'extrémité 5 'de l'ARNt est la RNase P. trouvée sous toutes les formes de vie, cette enzyme existe sous deux formes larges: une qui est principalement faite d'ARN et une autre qui est entièrement à base de protéines. La version basée sur l'ARN forme généralement une grande structure complexe avec plusieurs protéines et a été bien étudiée au cours des 40 dernières années.
D'un autre côté, les enzymes RNase P RNase uniquement uniquement sont plus rationalisées. Ceux-ci viennent en deux types principaux: Prorp, qui se trouve dans des organismes supérieurs comme les plantes et les animaux, et la harpe, qui se trouve dans certaines bactéries et archées. CHARP-SHORT pour les homologues de la RNase Aquifex P36-est connu pour sa petite taille et sa structure unique en six pointes en étoile. Mais comment il accomplit une tâche si complexe ou pourquoi elle forme une telle forme distinctive et non claire.
« Pour étudier et visualiser la harpe liée à la pré-ARNt et à découvrir comment elle traite la molécule, nous avons utilisé une analyse à microscopie électronique cryogénique (cryo-EM) », explique le professeur Yoshimitsu Kakuta de la faculté d'agriculture de l'Université de Kyushu, qui a mené l'étude.
Les chercheurs ont constaté que la structure globale de l'enzyme avec les pré-ARNm avait une structure radiale avec des molécules pré-ARNt liées alternativement à cinq sites de liaison sur l'enzyme. L'analyse cryo-EM a montré que l'enzyme de harpe à 12 sous-unités agit comme une «règle moléculaire», mesurant la distance de l'extrémité 5 'au «coude» de l'ARRNt pour identifier précisément le site de clivage. Remarquablement, ce mécanisme a également été observé dans d'autres types d'enzymes RNase P, indiquant un cas d'évolution convergente à travers différents organismes.
Notre analyse structurelle a mis en lumière la façon dont la harpe traite la séquence de leader 5 'et a révélé que le complexe de harpe fonctionnel à 12 sous-unité ne se lie que cinq molécules pré-ARNt, pas dix comme prévu précédemment. Cela signifie que 7 des 12 sites actifs de l'enzyme restent inoccupés. «
Professeur adjoint Takamasa Teramoto, premier auteur de l'étude
Lorsque l'équipe a effectué des tests de clivage pour comprendre la fonctionnalité de ces sites vacants, ils ont trouvé un deuxième produit de clivage qui correspondait à l'extrémité 3 'de l'ARNt. C'était une nouvelle découverte. Il suggère que les harpes ont d'abord coupé les nucléotides supplémentaires à l'extrémité 5 ', puis utiliser les sites actifs vides restants pour effectuer le clivage à l'extrémité 3'.
« L'oligomérisation de la petite harpe protéique la confère avec la bifonctionnalité dans le traitement pré-ARNt. Nos résultats illustrent une stratégie d'évolution par laquelle les organismes avec des génomes compacts peuvent acquérir une multifonctionnalité », conclut Kakuta.
Découvrir de telles stratégies évolutives où des éléments structurels limités sont organisés de manière flexible pour acquérir de nouvelles fonctions pourraient aider au développement de futurs outils en biologie synthétique et en biotechnologie.
