Mécanisme d’initiation de la traduction canonique, coiffe dépendant

III.2.1.1 Recrutement de eIF4F au niveau de la coiffe m⁷G

Le mécanisme d’initiation canonique de la traduction est dépendant de la présence d’une coiffe monométhylée m7G en 5’ de l’ARNm. Le processsus d’initiation commence par la formation du complexe eIF4F au niveau de la coiffe m7G. Ce complexe est composé du facteur de liaison à la coiffe eIF4E (Altmann et al., 1985), de l’hélicase à motif “DEAD“ eIF4A et de la protéine de structure eIF4G (Sonenberg et al., 1978) (Figure 38). En fixant la coiffe, le rôle de eIF4F est de déplier la structure secondaire de l’extrémité 5’ de l’ARNm dans le but de préparer l’attachement du ribosome (Asano et al., 2001; Etchison et al., 1982). Ceci est réalisé par l’activité hélicase de eIF4A, stimulée par les facteurs eIF4G et le facteur auxiliaire eIF4B (Rozen et al., 1990). La coiffe est empilée entre deux résidus tryptophane de la surface concave de eIF4E et des contacts additionnels avec les nucléotides à proximité de la coiffe stabilisent la liaison de eIF4E à l’ARNm (von der Haar et al., 2004; Sonenberg, 2008). En plus de son rôle dans l’initiation de la traduction, eIF4E est également présent sur la coiffe d’ARNm soumis au mécanisme du NMD (Durand and Lykke-Andersen, 2013; Rufener and Mühlemann, 2013). De plus, eIF4E est retrouvé dans le noyau où il jouerait un rôle dans l’export cytoplasmique de certains ARNm qui contiennent un motif de liaison appelé 4E-SE (eIF4E Sensitive Element) et qui sont majoritairement impliqués dans la progression du cycle cellulaire (Culjkovic et al., 2005, 2007) (Figure 39). eIF4G a un rôle de stabilisation du complexe puisqu’elle interagit avec eIF4E, eIF4A, les protéines de liaison à la queue poly(A) en 3’ de l’ARNm (PABP) et eIF3 (Hentze, 1997; Lamphear et al., 1995). eIF4G augmente l’affinité de eIF4E pour la coiffe (Gross et al., 2003) et, en interagissant avec les PABP, rapproche les extrémités 5’ et 3’ de l’ARNm, ce qui permet sa circularisation (Gingras et al., 1999; Wells et al., 1998) (Figure 39). Il est proposé que cette configuration de l’ARNm en « boucle fermée » stimule la traduction en augmentant le recyclage et l’assemblage du complexe 48S sur l’ARNm (Jackson et al., 2010; Sonenberg and Hinnebusch, 2009; Svitkin et al., 2009; Topisirovic et al., 2011). L’ARNm est alors prêt à recruter le complexe 43S.

Figure 38. Modèle du mécanisme d’initiation canonique coiffe–dépendant chez les eucaryotes.

(d'après Jackson et al., 2010) Le processus d’initiation coiffe-dépendant canonique peut être divisé en 8 étapes (2-9) qui commencent après le recyclage (1) des complexes traductionnels en phase de terminaison. Le complexe ternaire eIF2-GTP-Met-ARNtMet

i (2) est assemblé dans le complexe de pré-initiation 43S (3). L’ARNm est activé : la coiffe lie le complexe eIF4F qui interagit avec les PABP en 3’ induisant une circularisation de l’ARNm (4). Le complexe 43S est alors recruté au niveau de l’extrémité 5’ de l’ARNm (5) et va procéder au mécanisme de scanning (6). La reconnaissance de l’AUG initiateur induit l’hydrolyse du GTP associé à eIF2 et la formation du complexe 48S (7). L’assemblage de la sous-unité 60S sur le complexe 48S provoque l’évacuation de la majorité des facteurs d’initiation (8). Le ribosome 80S est alors prêt à entrer en phase d’élongation.

Figure 39. Rôles du facteur d’initiation de la traduction eIF4E.

eIF4E lie directement la coiffe m7G des ARNm et permet le recrutement de divers facteurs essentiels à l’initiation de la traduction. Les ARNm associés à eIF4E sont sensibles au mécanisme du NMD (Durand and Lykke-Andersen, 2013; Rufener and Mühlemann, 2013). eIF4E régule également l’export nucléaire CRM1-dépendant de plusieurs ARNm impliqués dans la progression du cycle cellulaire. Cette fonction implique l’interaction de eIF4E avec l’élément structural 4E-SE (eIF4E sensitive element) dans la région 3’UTR de ces ARNm (Culjkovic et al., 2005, 2006; Feoktistova et al., 2013).

III.2.1.2 Le complexe 43S

La traduction est un processus cyclique et les sous-unités ribosomiques qui participent à l’initiation proviennent du recyclage des complexes après terminaison qui fait intervenir la protéine ABCE1 (Skabkin et al., 2013). La sous-unité 40S issue de cette étape de recyclage, associée aux facteurs d’initiation eIF3, eIF1, eIF1A et probablement eIF5, recrute le complexe ternaire eIF2- GTP-Met-ARNtMet

i pour former le complexe de pré-initiation 43S (Majumdar et al., 2003; Trachsel and Staehelin, 1978, 1979) (Figure 38). eIF3 est un complexe de 13 sous-unités qui stimule la fixation du complexe ternaire à la sous-unité 40S, promeut l’attachement du complexe 43S à l’ARNm et empêche l’association de la sous-unité 60S (Hershey, 2010; Jackson et al., 2010). Récemment, un modèle de structure du complexe 40S-eIF1-eIF3 de levure a été proposé à partir de données cristallographiques (Erzberger et al., 2014), qui montre que eIF3 fourni une plateforme pour le recrutement, l’assemblage et la régulation de la machinerie d’initiation de la traduction.

III.2.1.3 Formation du complexe 48S sur l’ARNm

Le complexe 43S est recruté à l’extrémité 5’ de l’ARNm grâce à l’interaction entre le complexe eIF3 et le facteur eIF4G (Villa et al., 2013). Après son recrutement, le complexe 43S va glisser sur l’ARNm de 5’ vers 3’ selon un mécanisme appelé « scanning » jusqu’au codon initiateur AUG (Hinnebusch, 2014; Kozak, 1989) (Figure 38). Le processus de « scanning » est assuré par eIF1/eIF1A qui stabilise la sous-unité 40S dans une conformation favorable dite ouverte (Passmore et al., 2007) et est aidé par des hélicases (eIF4A/4B et DHX29) qui déplient la structure secondaire de la région 5’UTR de l’ARNm (Hashem et al., 2013; Hinnebusch, 2014; Parsyan et al., 2009). Au cours de ce processus, la fidélité de reconnaissance du codon d’initiation AUG est assurée par le facteur eIF1 qui a la capacité de discriminer les codons trop proches de l’extrémité 5’ de l’ARNm (Pestova and Kolupaeva, 2002; Pestova et al., 1998a; Reibarkh et al., 2008). Le codon AUG sélectionné doit se trouver dans un contexte de séquence optimal c’est à dire avec une purine en position -3 et un G en position +4 (relatif au A de l’AUG considéré comme le +1) (Kozak, 1991). La reconnaissance et le positionnement du codon initiateur par l’anticodon du Met-ARNtMet

i au niveau du site P du ribosome induit un changement d’organisation du complexe de « scanning » qui adopte alors une conformation dite fermée. Ce changement provoque le déplacement d’eIF1, permet l’hydrolyse du GTP lié à eIF2 catalysé par eIF5 et, par conséquent, facilite l’ancrage du Met-ARNtMet

i dans le site P du ribosome et son interaction avec le codon initiateur (Algire and Lorsch, 2006; Lee et al., 2002; Lorsch and Herschlag, 1999) (Figure 38). L’ensemble de ces éléments constitue le complexe 48S.

III.2.1.4 Assemblage du complexe 80S

L’association de la sous-unité 60S au niveau du complexe 48S s’accompagne de la dissociation des facteurs eIF1, eIF1A, eIF3 et eIF2-GDP (Pestova and Hellen, 2000) (Figure 38). Ceci est modulé par le facteur eIF5B, une GTPase ribosome-dépendante. L’hydrolyse du GTP par eIF5B est requise à sa propre dissociation et celle de eIF1A lorsque le complexe 80S est assemblé (Acker and Lorsch, 2008). Le ribosome est alors prêt à entrer en phase d’élongation et le processus d’initiation canonique est terminé.