Initiation de la traduction

L’initiation de la traduction est le processus qui consiste en l’assemblage du ribosome fonctionnel, compétent pour l’élongation, le 80S. Elle fait intervenir au moins neuf facteurs d’initiation composés de quelques 30 sous-unités et comprend trois étapes : l’activation du transcrit par son association au complexe d’initiation eIF4F, la liaison du complexe de pré- initiation (PIC : Pre-Initiation Complex) 43S sur le transcrit et son alignement au codon d’initiation, et l’association de la sous-unité 60S à celui-ci. Dans la majorité des cas, la liaison du PIC a lieu à la coiffe et requiert le complexe eIF4F, on parle alors de traduction dépendante de la coiffe. Le recrutement du 43S peut également se faire indépendamment d’eIF4F et fait intervenir des structures secondaires du 5’UTR, les IRES (voir section 1.1.1.2). Les mécanismes de traduction dépendante des IRES ne sont pas d’intérêt dans cette thèse et ne sont donc pas décrits.

1.1.2.1. Assemblage du complexe de pré-initiation

L’initiation de la traduction commence avec l’assemblage du PIC qui est composé de la petite sous-unité du ribosome (40S), de l’ARNt-met initiateur et des facteurs d’initiation eIF1, eIF1A, eIF3 et eIF5. L’ARNt-met initiateur lie avec une grande affinité le facteur d’initiation eIF2 lorsque celui-ci est associé au GTP et forme le complexe ternaire (TC : Ternary Complex) (Kapp and Lorsch 2004). Le facteur eIF2 est composé de trois sous-unités : α, β et γ; la sous-unité eIF2γ lie directement le GTP et l’ARNt-met et les sous-unités eIF2α et eIF2β stabilisent la liaison de l’ARNt-met (Naveau et al. 2010). L’association du TC à la sous- unité 40S du ribosome nécessite l’action des facteurs eIF1, eIF1A, eIF3 et eIF5 formant ainsi le complexe 43S. Les facteurs eIF1 et eIF1A se lient respectivement à proximité du site peptidyl (P) et du site aminoacyl (A) et stabilisent la sous-unité 40S du ribosome dans une conformation permissive au chargement du TC tandis que le facteur eIF3 empêche l’association de la sous-unité 60S et maintient cette conformation (Figure 4) (Passmore et al. 2007; Jackson et al. 2010). Le facteur eIF5 interagit avec eIF2β et stimule l’activité GTPase d’eIF2γ lors de la reconnaissance du codon d’initiation (Paulin et al. 2001). Une fois le PIC formé, il est recruté à l’extrémité 5’ de l’ARNm par le complexe d’initiation eIF4F. Ce

recrutement est assuré par la liaison d’eIF3 à eIF4G, une des sous-unités du complexe eIF4F (Aitken and Lorsch 2012).

Figure 4: Formation du complexe de pré-initiation

Lors du recyclage des ribosomes, les facteurs d’initiation eIF1, eIF1A et eIF3 sont recrutés à la sous-unité 40S et préviennent une nouvelle association de la sous-unité 60S. Le complexe ternaire (en bleu) est recruté à son tour à la sous-unité 40S du ribosome grâce à son interaction avec les facteurs eIF1, eIF1A et eIF3 et mène à la formation du complexe de pré- initiation 43S. Figure adaptée d’après (Jackson et al. 2010).

1.1.2.2. Formation du complexe eIF4F et recrutement du ribosome

La grande majorité des ARNm possède des 5’UTR structurés qui nécessitent d’être déroulés pour permettre le recrutement du 43S et le balayage du transcrit. Ceci est rendu possible par l’action du complexe eIF4F, composé de trois polypeptides, eIF4A, eIF4E et eIF4G, chacun tenant un rôle crucial dans l’initiation de la traduction (Gingras et al. 1999b). eIF4E, la petite sous-unité du complexe eIF4F, reconnaît spécifiquement la coiffe en 5’ des

ARNm (Sonenberg et al. 1978). C’est le facteur le moins abondant dans l’initiation et il est hautement régulé. eIF4A est une hélicase de l’ARN qui fait partie de la famille des protéines DEAD box (DEAD représente la séquence asp-glu-ala-asp conservée entre les membres de la famille) et dont l’activité dépend de l’ARN et de l’ATP. Son activité hélicase est stimulée par sa liaison avec eIF4G et eIF4B et permet le déroulement des structures du 5’UTR nécessaire au chargement du PIC (Marintchev 2013). eIF4G est une grosse protéine sur laquelle se lient de façon simultanée eIF4E, eIF4A, eIF3 et PABP. Elle assure la connexion de l’ARNm au ribosome par sa liaison avec eIF4E et eIF3 et de la coiffe à la queue poly(A) avec eIF4E et PABP qui permet de circulariser le transcrit et de faciliter l’initiation (Gingras et al. 1999b). Tout ce réseau d’interaction permet à eIF4G de coordonner l’assemblage de l’ARNm en particule ribonucléoprotéique circulaire stable communément décrite structure en boucle fermée (closed-loop) (Figure 5). Le recrutement du PIC à la coiffe des ARNm conduit à la formation du complexe d’initiation 48S et représente l’étape limitante de la traduction qui est la cible de nombreux mécanismes de contrôle traductionnel détaillés dans les sections suivantes (Figure 5) (Roux and Topisirovic 2012).

L’assemblage du complexe d’initiation eIF4F à la coiffe de l’ARNm ainsi que l’interaction entre les protéines PABP et eIF4G permettent à l’ARNm d’adopter une conformation en boucle favorable au recrutement du PIC. Ce dernier s’associe à l’ARNm grâce à l’interaction entre eIF3 et eIF4G et mène à la formation du complexe 48S qui peut alors assurer le balayage de la région 5’UTR. Figure adaptée d’après (Jackson et al. 2010).

1.1.2.3. Reconnaissance du codon d’initiation

Une fois lié à la coiffe, le complexe d’initiation balaye l’ARNm dans le sens 5’3’ jusqu’à ce que le codon initiateur AUG se retrouve au niveau du site peptidyl de la sous-unité 40S du ribosome. La complémentarité parfaite entre l’anticodon de l’ARNt-met et le codon AUG induit le relargage du facteur eIF1 et indique la fin du balayage (Maag et al. 2005). Le groupement phosphate provenant de l’hydrolyse du GTP lié à eIF2 en GDP+Pi lors du balayage est relargué et mène à la formation du complexe d’initiation 48S stable. L’hydrolyse du GTP par eIF2 est dépendante du facteur eIF5 qui exerce une activité GAP (GTPase Activating Protein) sur eIF2. Lorsqu’associé au GDP, celui-ci a une faible affinité pour l’ARNt-met et est dissocié du complexe ternaire. Afin de permettre à nouveau l’initiation, le facteur eIF2B, qui possède une activité GEF (Guanine nucleotide Exchange Factor) échange le GDP lié à eIF2 pour le GTP et permet la formation d’un nouveau complexe ternaire. La phosphorylation d’eIF2α sur la sérine 51 par différentes kinases inhibe l’activité d’eIF2B et représente le mécanisme majeur d’inhibition de la traduction en condition de stress. Une fois le complexe 48S formé, le facteur eIF5B est recruté et permet la liaison de la sous-unité 60S du ribosome et la formation du complexe 80S (Hinnebusch 2011). L’élongation peut alors commencer.