L’initiation coiffe-dépendante de la traduction 44


L’initiation de la traduction de la majorité des ARNm cellulaires se fait via le mode coiffe-dépendant, c’est-à-dire que la sous-unité ribosomique 40S se lie à l’extrémité 5’ des ARNm, au niveau de la structure coiffe. La liaison de la 40S à la structure coiffe se fait grâce à des facteurs d’initiation eucaryotes appelés eIF (pour une revue, voir Lopez-Lastra et al. 2005; Pestova et al. 2007; Sonenberg and Hinnebusch 2009; Jackson et al. 2010). L’initiation coiffe-dépendante est représentée à la figure 1-9. Le mécanisme classique de l’initiation coiffe-dépendante débute par la formation du complexe ternaire qui comprend eIF2, du GTP et le Met-ARNtiMet. Ce complexe ternaire permet de recruter l’ARNt

initiateur au ribosome. Ensuite, il y a formation du complexe de pré-initiation appelé complexe 43S qui comprend la 40S, le complexe ternaire eIF2-GTP/Met-ARNtiMet et

d’autres facteurs d’initiation incluant eIF1, eIF1A, eIF3 et eIF5. eIF3 favorise la liaison du complexe ternaire à la 40S et empêche une réassociation prématurée des sous-unités ribosomiques. Le complexe 43S est recruté au niveau de la structure coiffe de l’ARNm grâce à l’interaction d’eIF3 et d’eIF4G, une large protéine d’échafaudage. Il existe deux isoformes d’eIF4G dans les cellules de mammifères soit eIF4GI et II qui sont identiques à environ 50%. Il semble que ces deux isoformes soient fonctionnellement interchangeables (Prevot et al. 2003). En plus de lier eIF3, eIF4G lie eIF4E, le facteur liant la coiffe, eIF4A, une hélicase d’ARN capable d’hydrolyser l’ATP, et PABP, une protéine liant la queue de poly(A) en plusieurs copies. Le complexe formé par eIF4G, eIF4A et eIF4E est appelé eIF4F. Cette liaison de PABP assure la circularisation de l’ARNm qui est nécessaire pour une initiation efficace (voir plus bas). eIF4A déroule les structures secondaires de l’ARN pour permettre le balayage de la région 5’UTR par le complexe 43S avec hydrolyse d’ATP. Généralement, les messagers cellulaires possèdent une région 5’UTR peu structurée, ce qui facilite le balayage de l’ARNm par le ribosome (Suzuki et al. 2000). Le balayage se fait en direction 5’-3’ jusqu’à ce que l’anticodon du Met-ARNtiMet reconnaisse le premier codon

AUG placé dans le contexte approprié. Le contexte optimal (aussi appelé séquence Kozak) pour favoriser la reconnaissance d’un codon d’initiation chez les eucaryotes supérieurs est GCC(A/G)CCAUGG avec une purine à la position -3 et une guanine à la position +4. Selon cette nomenclature, le A du AUG est à la position +1. La fidélité de la sélection du codon d’initiation est assurée par eIF1 et eIF1A. Suite à la reconnaissance du codon d’initiation, il y a formation du complexe 48S. Le facteur eIF5 induit l’hydrolyse du GTP lié à eIF2, ce qui diminue l’affinité d’eIF2 pour le Met-ARNtiMet. Le facteur eIF2-GDP quitte la 40S ainsi

que plusieurs autres facteurs d’initiation et la 60S vient se joindre à la 40S avec l’aide d’eIF5B et avec hydrolyse d’un GTP. Tous les facteurs qui étaient encore sur la 40S la quittent. Une fois la 80S formée, l’élongation débute.

En plus de la coiffe, la queue de poly(A) présente à l’extrémité 3’ des ARNm est importante pour l’initiation. En effet, PABP lie la queue de poly(A) en plusieurs

Figure 1- 9 : Schéma de l’initiation coiffe-dépendante et des mécanismes de contrôle de cette initiation (adapté de Jackson et al. (2010)) A) La sous-unité ribosomique 40S est associée avec les facteurs d’initiation eIF1, eIF1A et eIF3. B) Le facteur d’initiation eIF2 associé au GTP recrute l’ARNt initiateur chargé de la méthionine, Met-ARNtiMet, pour

former le complexe ternaire. C) Le complexe ternaire s’associe à la 40S pour former le complexe de préinitiation 43S. D) Le complexe eIF4F, formé d’eIF4E lié à la coiffe, eIF4G et eIF4A, est attaché à l’ARNm qui est circularisé grâce à PABP qui lie eIF4G et la queue de poly(A). Le complexe 43S les rejoint. E) Le complexe 43S balaie la région 5’UTR de l’ARNm. F) La 40S fait une pause. L’anticodon de l’ARNt initiateur reconnaît le codon initiateur sur l’ARNm. Elle forme alors le complexe d’initiation 48S. G) Suite à l’hydrolyse du GTP lié à eIF2, plusieurs eIF se détachent de la 40S. H) La 60S, associée à eIF5B-GTP, rejoint la 40S pour former la 80S. I) Suite à l’hydrolyse du GTP lié à eIF5B, les derniers eIF sont libérés du ribosome. J) L’élongation débute et se poursuit jusqu’à ce que le ribosome rencontre un codon de terminaison. K) Suite à la terminaison, les sous-unités ribosomiques sont dissociées et un nouveau cycle de traduction commence. L) Le GDP lié à eIF2 relâché est échangé pour du GTP grâce à eIF2B. M) Lorsque eIF2 est phosphorylé par une kinase, il lie et séquestre eIF2B qui ne peut alors plus échanger le GDP en GTP. La traduction est inhibée. Grâce à des phosphatases qui déphosphorylent eIF2, eIF2B est libéré et la traduction n’est plus inhibée. N) Lorsque que 4E-BP (4E binding protein) est hypophosphorylé, il lie et séquestre eIF4E, ce qui inhibe la traduction. Grâce à des kinases qui phosphorylent 4E-BP, eIF4E est libéré et la traduction n’est plus inhibée. Par souci de clarté, certains eIF n’ont pas été représentés et une seule molécule de PABP est dessinée. Pour les détails, voir le texte.

exemplaires et stimule l’initiation de la traduction. Comme indiqué plus haut, PABP permet la circularisation des ARNm. Cette circularisation est nécessaire pour que la synthèse protéique soit efficace. Les mécanismes utilisés par PABP pour stimuler l’initiation ne sont pas clairement définis. Un modèle suggère que la circularisation des ARNm faciliterait le recyclage des ribosomes en permettant à la 40S d’initier un nouveau cycle de traduction presqu’immédiatement après la terminaison du cycle de traduction précédant grâce à la proximité du lieu de terminaison et du lieu d’initiation.

Il existe des exceptions au mécanisme classique d’initiation coiffe-dépendante (pour une revue, voir Jackson et al. 2007). Le saut de ribosome ou shunting permet au ribosome de « sauter » par-dessus de larges portions de la région 5’UTR lors du balayage, laissant les structures secondaires intactes. L’initiation à partir d’un deuxième codon initiateur ou leaky

scanning permet au ribosome qui balaie l’ARNm de passer outre un premier codon

initiateur placé dans un contexte non-optimal pour initier à un codon initiateur en aval placé dans un contexte optimal. La réinitiation est un mécanisme alternatif qui peut se produire lorsqu’un deuxième cadre de lecture est présent sur le même ARNm. Le ribosome initie et termine la traduction du premier cadre de lecture. La 40S reste attachée à l’ARNm et balaie jusqu’au prochain codon initiateur pour initier la traduction du deuxième cadre de lecture. Le ribosome peut aussi initier à certains codons non-AUG (Peabody 1989; Hann 1994). Ces codons non-AUG sont souvent placés en amont du codon AUG initiateur. L’efficacité de l’initiation à un codon non-AUG dépend principalement de la séquence du codon et du contexte qui l’entoure (Hann 1994).