Mécanismes d’initiation coiffe-indépendant induits par les IRES

Au cours de l’évolution, les virus ont mis en place des stratégies pour détourner la machinerie traductionnelle de la cellule hôte en faveur de la traduction de leur propres ARNm et au détriment de celle des ARNm cellulaires ; ceci dans le but de se multiplier rapidement et de se propager efficacement (Au and Jan, 2014). La machinerie traductionnelle est détournée à l’aide d’éléments structuraux appelés IRES (pour Internal Ribosome Entry Site) dont la fonction est de recruter directement les particules ribosomiques ou indirectement via les facteurs d’initiation (Jackson and Kaminski, 1995; Jackson et al., 1990; Pelletier and Sonenberg, 1988) (Figure 40).

Figure 40. Mécanismes d’initiation de la traduction coiffe-indépendants induits pas les IRES.

(d'après Jackson et al., 2010)

Quatre types d’IRES ont été caractérisés. L’initiation à partir des IRES de type 1 et 2 impliquent leur reconnaissance par les facteurs eIF4G/eIF4A (de Breyne et al., 2009). Les IRES de type 3 interagissent directement avec le facteur eIF3 et la sous-unité ribosomique 40S du complexe 43S (Pestova et al., 1998b). Les IRES de type 4 se lient directement à la sous-unité 40S sans aucun facteurs d’initiation (Deniz et al., 2009; Pisarev et al., 2005).

Il a été proposé que la traduction de certains ARNm cellulaires (3%) puissent également faire appel à un mécanisme d’initiation de type IRES (Macejak and Sarnow, 1991; Sharathchandra et al., 2014; Soo-Kyung et al., 1992). Ce concept d’IRES cellulaire reste cependant controversé (Jackson, 2013; Shatsky et al., 2014). A ce jour, 4 types d’IRES viraux ont été caractérisés (Jackson et al., 2010; Lozano and Martínez-Salas, 2015) (Figure 40). Ces différents types d’IRES diffèrent par leur architecture et par les facteurs d’initiation qu’ils recrutent.

III.2.2.1 IRES de type I

Les IRES de type I sont les premiers à avoir été identifiés et sont trouvés dans la famille des Picornaviridae, des virus à ARN de polarité positive, dont le génome est directement traduit par la machinerie cellulaire (Pelletier and Sonenberg, 1988; Sweeney et al., 2014). Dans le but de positionner le ribosome sur le codon AUG initiateur, les IRES de type I recrutent tous les facteurs d’initiation impliqués dans le modèle consensus d’initiation de la traduction eucaryotes à l’exception de eIF4E (Sonenberg and Meerovitch, 1990). En effet, au début de l’infection virale, le poliovirus synthétise une protéase (2Apro) dont la fonction est de cliver eIF4G au niveau de son domaine de liaison à eIF4E afin d’inactiver l’initiation coiffe dépendante utilisée par la cellule hôte, permettant ainsi au virus de s’approprier la machinerie traductionnelle cellulaire (Davies et al., 1991; Gradi et al., 1998; Haghighat et al., 1996). Le complexe de pré-initiation 43S est recruté en amont du codon initiateur par l’intermédiaire de eIF4G tronqué qui interagit directement avec l’IRES (Figure 40). La suite du processus d’initiation est identique au modèle d’initiation canonique : le complexe 43S va glisser le long de l’ARNm (mécanisme de scanning) jusqu’au codon AUG initiateur où sera assemblé le complexe 80S (Belsham, 1992; Sonenberg and Meerovitch, 1990). En plus des facteurs d’initiation canoniques, l’initiation de la traduction dépendante des IRES de type I fait intervenir d’autres facteurs cellulaires appelés ITAF (IRES Trans-Acting Factors) (pour revue, Sweeney et al., 2014) qui modulent et stabilisent la structure de l’IRES et facilitent le recrutement du 43S (Gamarnik and Andino, 1996; Hunt and Jackson, 1999; Meerovitch et al., 1993).

III.2.2.2 IRES de type II

Les IRES de type II sont également retrouvés dans le génome des Picornaviridae (Jang et al., 1988) tel le virus de l’encéphalomyocardite virale (EMCV). Les facteurs requis pour l’initiation de la traduction dépendante de ce type d’IRES sont identiques à ceux des IRES de type I. Une des différences majeures entre ces deux types d’IRES concerne la stratégie utilisée pour s’approprier de manière exclusive la machinerie traductionnelle de l’hôte (pour revue, Chamond et al., 2014). Dans les deux cas, il s’agit d’une inhibition spécifique de la traduction coiffe dépendante ciblant la formation du complexe eIF4F. Dans le cas des IRES de type II, cette stratégie est basée sur l’activation d’un répresseur de la traduction cellulaire, 4E-BP1 qui se fixe sur eIF4E empêchant son interaction avec eIF4G et donc la formation de eIF4F (Gingras et al., 1999; Pause et al., 1994). L’autre différence entre les deux IRES est que l’IRES de type II recrute le complexe 43S directement sur le codon AUG initiateur et ne requiert donc pas d’étape de scanning (Kaminski et al., 1990) (Figure 40).

III.2.2.3 IRES de type III

Ces IRES sont retrouvés dans le génome des Flaviviridae, des virus ARN à polarité positive dont fait partie le virus de l’hépatite C (HCV) (Niepmann, 2013; Reynolds et al., 1995; Tsukiyama-Kohara et al., 1992). Comme dans le cas des IRES de type II, le complexe 43S est directement recruté au niveau de l’AUG initiateur sans passer par une étape de scanning. Les deux facteurs eIF2 et eIF3 sont nécessaires et suffisants pour assurer la formation du complexe 48S (Pestova et al., 1998b) (Figure 40). En effet, la sous-unité 40S et le facteur eIF3 se fixent directement et avec haute affinité à des éléments structuraux présents dans l’IRES III, ce qui permet de former un complexe stable (Ji et al., 2004; Kieft et al., 2001; Otto and Puglisi, 2004). Le complexe ternaire eIF2-GTP-Met-ARNtMet

i est alors recruté et l’assemblage du complexe 80S fait intervenir les facteurs eIF5B-GTP et eIF5 comme dans le modèle d’initiation canonique (Locker et al., 2007; Pestova et al., 1998b).

III.2.2.4 IRES de type IV

Les IRES de type IV sont trouvés dans le génome des Dicistroviridae dont le virus de la paralysie du criquet (CrPV) est un des représentants (Wilson et al., 2000a). Ce type

d’IRES a la capacité exceptionnelle d’assembler un ribosome 80S fonctionnel sans l’aide d’aucun facteur d’initiation, ni même du Met-ARNtMet

i (Deniz et al., 2009; Pisarev et al., 2005) (Figure 40). Ce processus d’initiation est entièrement assuré par des éléments structuraux de l’IRES (Wilson et al., 2000b) qui interagissent de manière directe avec les sous-unités ribosomiques. De manière intéressante, plusieurs études suggèrent que l’IRES du CrPV mime le Met-ARNtMet

i dans le site P du ribosome (Costantino et al., 2008; Jan et al., 2003; Muhs et al., 2015a; Pestova and Hellen, 2003), expliquant l’autonomie de ce mécanisme d’initiation vis à vis du Met-ARNtMet

i. Ce mécanisme atypique requiert donc une étape de translocation de l’IRES. Récemment, des données de cryo-microscopie électronique de l’IRES du CrPV sur le ribosome ont démontré la nécessité du facteur eEF2 pour cette première étape de translocation (Fernández et al., 2014; Muhs et al., 2015b). Cette étape est requise pour amener le premier codon de l’ARNm dans le site A, le rendre accessible à l’ARNtAla

et permettre l’entrée du ribosome en élongation (Muhs et al., 2015b). Durant cet événement de translocation inhabituel, l’IRES subit des changements conformationnels importants.