Dans les cellules humaines, seule une petite proportion des informations écrites dans les gènes est utilisée pour produire des protéines. Comment la cellule sélectionne-t-elle ces informations? Une grande machine moléculaire appelée spliceosome sépare continuellement les régions codantes et non codantes de nos gènes – et elle le fait même lorsque vous lisez ces lignes.
Le spliceosome est essentiel pour le bon fonctionnement de chaque cellule, et de nombreux troubles génétiques sont liés à des problèmes de fonction de spliceosome. Dans la plupart des cellules eucaryotes, deux types de spliceosomes fonctionnent en parallèle avec des morceaux de gène de couture: le principal spliceosome et le mineur spliceosome.
Le groupe Galej d'Embl Grenoble a récemment publié de nouvelles informations structurelles sur la fonction de spliceosome mineure dans la revue Cellule moléculaire.
Le principal spliceosome est abondant dans les cellules et a été largement étudié depuis plus de quatre décennies. Son jumeau à distinction longue – le spliceosome mineur, est beaucoup plus rare et reste énigmatique, même si sa fonction est tout aussi importante. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs révèlent la structure de U11 SNRNP – l'une des cinq sous-unités du spliceosome mineur, qui initie le processus de sélection des introns.
Cousant des pièces de gènes ensemble
Les spliceosomes aident les cellules à éliminer les gros morceaux d'informations génétiques non codantes – appelées introns – des précurseurs de l'ARN messager (pré-ARNm), la molécule responsable du transfert d'informations génétiques de l'ADN en protéines. Les spliceosomes agissent comme un outil d'édition, aidant à donner un sens aux messages fragmentés stockés en pré-ARNm.
La plupart des gènes ont de nombreuses introns qui appartiennent à une classe – les principaux introns – qui sont éliminés par le grand spliceosome. Cependant, environ 0,5% des introns appartiennent à une autre classe – les introns mineurs – qui sont traités par le spliceosome mineur.
Ces introns mineurs sont très rares mais extrêmement critiques car ils sont souvent situés dans des gènes d'entretien ménager qui sont essentiels pour soutenir la vie. «
Jiangfeng Zhao, boursier postdoctoral du groupe Galej et premier auteur de l'étude
Les spliceosomes sont de grands complexes d'ARN-protéine dynamique. Le principal spliceosome se compose de cinq sous-unités, U1, U2, U4, U6 et de petites particules de ribonucléoprotéines nucléaires (SNRNP, lisez « Snurps ») – et environ 150 protéines, impliquées à différents stades du processus d'épissage. Le spliceosome mineur a une architecture similaire, mais ses principaux blocs de construction sont différents (U11, U12, U4ATAC, U6ATAC et SNRNPS U5). La façon dont ces blocs s'assemblent exactement pour construire le spliceosome mineur et l'aider à remplir sa fonction reste insaisissable.
Les structures des grandes machines moléculaires sont notoirement difficiles à déterminer en raison de leur nature dynamique intrinsèque. Ceci est encore plus vrai pour les machines moléculaires qui sont rares dans les cellules, comme le spliceosome mineur. « L'un des plus grands défis dans l'étude de ce complexe a été de comprendre comment le purifier sélectivement à partir de la teneur en cellules entière », a ajouté Zhao. « Une fois que nous avons réussi cela, il a encore fallu plusieurs années d'optimisation pour maintenir le complexe intact dans des conditions d'imagerie. »
Twins longtemps séparés: au carrefour de l'évolution
Le chef du groupe Embl Grenoble, Wojciech Galej, qui travaille sur des machines d'épissage pré-ARNm depuis plus de 15 ans, a décidé d'abord de se concentrer sur le spliceosome mineur il y a sept ans – un projet pour lequel il a obtenu une subvention de départ de l'ERC en 2020.
Lorsque le groupe Galej a commencé le projet, on savait peu de choses sur le spliceosome mineur, et même maintenant, seuls une poignée de groupes de recherche effectuent des études structurelles sur ce complexe d'ARN-protéine.
« Les spliceosomes majeurs et mineurs sont liés à l'évolution, mais, à notre connaissance, le dernier ancêtre commun de tous les eucaryotes avait probablement déjà les deux types de spliceosomes », a déclaré Wojciech Galej, l'auteur correspondant de l'étude. « Cela signifie qu'ils ont divergé il y a plus de 1,5 milliard d'années, une échelle de temps très difficile à imaginer. »
En utilisant la biochimie et la microscopie cryo-électron, les chercheurs ont obtenu la structure du complexe SNRNP U11 et ont révélé comment il reconnaît le site d'épissage « 5 '- le point de départ d'un intron – pour initier le processus d'édition à cet emplacement précis.
Les résultats montrent que l'architecture de U11 SNRNP est étonnamment différente de celle de U1 SNRNP – la sous-unité correspondante du principal spliceosome. « L'architecture différente et plus complexe permet au SNRNP U11 d'identifier spécifiquement ses substrats rares dans le vaste paysage de séquence d'ARN de chaque cellule », a expliqué Zhao. « C'est comme trouver une aiguille dans une botte de foin. Des spliceosomes mineurs ont évolué pour utiliser des interactions supplémentaires non canoniques de base pour atteindre cet objectif avec une fidélité élevée. »
Définir où commencer à couper les introns n'est que la première étape de la voie d'assemblage complexe de Spliceosome. Au moins une douzaine d'autres étapes sont nécessaires avant la conclusion de la réaction d'épissage. On ne sait pas grand-chose sur la façon dont le spliceosome mineur transitions à travers ces étapes intermédiaires.
« Cela a été un projet difficile, et nous progressons en cours de route, ce qui est encourageant, mais il y a encore tellement de choses à savoir sur le mineur d'épissage », a déclaré Zhao, qui a reçu une subvention Marie Skłodowska-Curie en 2023 à Étudiez les autres étapes de l'activité de spliceosome mineure.
« Notre travail offre de nouvelles perspectives passionnantes sur le mécanisme de la reconnaissance des introns mineurs et met en lumière l'évolution de la machinerie d'épissage. Il ouvre de nouvelles possibilités pour étudier d'autres complexes d'épissage mineurs », a déclaré Galej. «Notre objectif à long terme est de comprendre comment cette voie fonctionne au niveau moléculaire, et nous espérons que ce travail et futur contribueront à une meilleure compréhension de la base moléculaire des troubles génétiques associés aux composants du spliceosome mineur. Cela pourrait finalement conduire à de nouvelles applications thérapeutiques. «
