Décalage de phase de lecture en +1

1.2.7.1 Site de décalage de phase de lecture en +1

Peu de cas de gènes chromosomiques impliquant un décalage de phase de lecture en +1 sont connus et la plupart s’expliquent par un mécanisme impliquant le site P. Ceci inclut le gène prfB (RF2) de E. coli (Craigen and Caskey, 1986; Major et al., 1996), EST3 et ABP140 de S.

cerevisiæ (Asakura et al., 1998; Morris and Lundblad, 1997), et l’antizyme

données initiales proviennent de l’analyse du décalage de phase de lecture de prfB. Comme discuté ci-dessus, le décalage se produit sur le dernier codon sens de l’ORF1, sur la séquence CUU-U. Le dernier U appartient au codon UGA. Le décalage se produit quand le peptidyl-ARNt glisse de CUU à UUU dans la phase +1. La stabilité de l’appariement à cette nouvelle position est cruciale (Curran, 1993). Une pause en phase 0, lorsque le site A est vide, est également essentielle car la quantité de facteurs de terminaison module directement le taux de recodage. Un niveau élevé de RF2, qui augmente l’efficacité de terminaison, réduit le temps de pause sur le codon stop UGA et ainsi le niveau de décalage de phase de lecture. L’inverse est également vrai : un faible niveau de RF2, réduit l’efficacité de terminaison, augmente le temps de pause et accroît le taux de translecture.

Figure 11 : Décalage de phase de lecture +1. Exemple de Ty1.

Le décalage de phase de lecture se produisant pendant la traduction de Gag-Pol du rétrotransposon Ty1 de levure implique, lui, le site P (Belcourt and Farabaugh, 1990; Weiss and Gallant, 1983). L’événement de décalage de phase en +1 se produit sur la séquence CUU-AGG-C. L’ARNt décodant CUU est au site P et le site A est alors vide. Là encore, le peptidyl-ARNt glisse en aval d’un nucléotide sur l’ARNm pour former deux appariements avec le codon UUA. À la différence de prfB, la pause est induite par un codon sens « affamé » plutôt qu’un codon stop. L’ARNt qui décode AGG chez S. cerevisiæ est peu efficace, alors que le codon AGG lui-même n’est que faiblement sous-représenté. Ceci mène à un ralentissement du décodage. La surexpression de l’ARNt reconnaissant le codon AGG réduit de manière significative le niveau de décalage de phase de lecture du Ty1 (Belcourt and Farabaugh, 1990) et sa délétion l’augmente (Kawakami et al., 1993). H₂N COOH protéine Gag-Poll protéine ARN ARN

leu arg pro

H₂N etc

H₂N COOH

protéine Gag

CUUAGGCCAG

5’ 3’

pas de décalage (90%) décalage (10%) CUUAGGCCAG

5’ 3’

leu

Un mécanisme différent a été proposé pour Ty3 (Farabaugh et al., 1993). Le décalage de phase de lecture en +1 se produit au niveau de la séquence GCG-AGU-U. Le premier codon (GCG) est situé dans le site P et le site A (AGU) est vide. C’est la pause du ribosome sur le codon rare AGU qui est ici importante; cependant le mécanisme du décalage lui-même a été interprété différemment. L’ARNt cognat qui décode le codon GCG ne peut pas former d’appariement classique avec le codon en phase +1 (CGA) et un glissement de l’ARNt ne semble pas impliqué. Il a été proposé que l’ARNt au site P interfère d’une façon ou d’une autre avec l’appariement normal au site A, ce qui permettrait à des ARNt d’entrer en contact avec le codon en phase +1 GUU. Cette hypothèse est soutenue par le fait que la surexpression de l’ARNt décodant GUU accroît le niveau de décalage de phase de lecture en +1 (Pande et al., 1995).

Cependant, plusieurs résultats récents laissent à penser que ces deux exemples de décalage de phase de lecture (Ty1 et Ty3) font en fait appel aux mêmes mécanismes et suggèrent que l’appariement codon / anticodon au site P est proche-cognat (Sundararajan et al., 1999). La surexpression des gènes des ARNt au site P qui utilisent un appariement cognat avec les codons impliqués, réduit nettement le taux de décalage de phase de lecture en +1 des Ty1 et Ty3. En supprimant les ARNt cognats du site sur un site Ty1 modifié, le décalage est sensiblement accru. Pour le Ty1, ces résultats s’expliquent par un contact ARNt / ARNm instable, combiné avec une réduction de la vitesse du ribosome sur les codons « affamés » au site A, conduisant à un décalage de l’ARNt. De ces expériences, il a été proposé que l’ARNt situé au site A ne se dissocie pas lors du décalage de phase du Ty3 mais que la nature de l’interaction codon / anticodon au site P influence la base immédiatement en 3’ du codon, de sorte qu’elle soit indisponible pour un appariement avec l’ARNt au site A (Farabaugh et al., 1993; Sundararajan et al., 1999). Au site A, les bases accessibles (2,3 et 4) sont alors dans la phase +1. Si cette hypothèse est juste, alors un seul type de modèle de dissociation / re-appariement peut s’appliquer à Ty1 et Ty3, et à tous les autres cas connus de décalage de phase de lecture en +1.

1.2.7.2 Séquences cis des ARNm stimulant le décalage en +1

Les stimulateurs en cis du décalage de phase de lecture en +1 présentent une grande variété. Un stimulateur en 5’ du site de recodage peut être une séquence SD, comme c’est le cas en amont du site de décalage du gène prfB, premier exemple d’un stimulateur 5’ (Weiss et al., 1988). Cette séquence est située 3 nucléotides en amont du site de décalage

CUU-U (beaucoup plus près que pour une stimulation de décalage de phase de lecture en -1). La distance est cruciale. Déplacer la séquence SD d’une base réduit considérablement le décalage de phase de lecture en +1. Dans ce cas-ci, on pense que la distance réduite entre la séquence SD et le site de recodage est optimale pour physiquement « pousser » le ribosome situé sur le site de décalage dans la phase +1 pas l’intermédiaire de l’ARNt du site E (Marquez et al., 2002). Un autre stimulateur en 5’ est une séquence de 40 à 50 nucléotides placés en amont des gènes 1 et 2 de l’antizyme du rat qui stimule le décalage de phase d’un facteur 2,5 (Ivanov et al., 2000; Matsufuji et al., 1996).

Au moins deux type de stimulateurs participent à cette régulation en 3’. Le plus étudié est un pseudonœud dans l’ARNm, quelques nucléotides en aval du site de décalage (Matsufuji et al., 1995). Il existe deux versions de ce stimulateur dans les orthologues de l’antizyme 1 et les orthologues de l’antizyme 2 des vertébrés. Comme avec les pseudonœuds qui interviennent dans le décalage de phase de lecture en -1, la distance au site de recodage est importante (voir ci-dessous). En outre, chez S.

cerevisiæ, où la séquence d’antizyme mammifère produit généralement un

décalage de phase de lecture en -2, le déplacement du pseudonœud de trois nucléotides en aval a pour conséquence une augmentation importante de la proportion de ribosomes décalant en phase +1 (Matsufuji et al., 1996). Ceci montre encore une fois que les pseudonœuds ARN font bien plus que ralentir les ribosomes sur le site de recodage et exerce un rôle supplémentaire. Le stimulateur endogène de l’antizyme de

Schizosaccharomyces pombe n’est pas un pseudonœud reconnaissable et,

bien que sa nature soit obscure, il est susceptible d’être un nouveau type d’élément stimulateur (Ivanov et al., 2000).

Un autre stimulateur intéressant est une séquence de 7 à 15 nucléotides immédiatement en aval du site de décalage du Ty3 qui stimule recodage d’environ 7 fois (Farabaugh et al., 1993). Cette séquence pourrait interférer avec le site A en formant un appariement avec l’hélice 18 de l’ARNr 18S (Li et al., 2001).