La terminaison Rho-dépendante est un mécanisme complexe qui se déroule en différentes étapes. Bien qu’une grande partie de la terminaison soit actuellement plutôt bien
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comprise, il reste encore plusieurs zones d’ombres. Il existe de nombreux modèles permettant d’expliquer la terminaison Rho-dépendante. Au cours de ce chapitre, le modèle global qui vous sera proposé se basera sur deux modèles en relation avec la translocation de Rho sur l’ARN. Ces modèles sont « the one nucleotide per ATP » ainsi que le modèle « Tethered- tracking » [14,137]. Le modèle « the one nucleotide per ATP » propose qu’à chaque cycle d’hydrolyse de l’ATP, la sous-unité ayant la plus forte affinité pour l’ARN (État conformationel T*) libère un nucléotide du côté 5’ de l’ARN et interagit avec un nucléotide du côté 3’ de l’ARN (Figure 9) [27]. Le modèle « Tethered-tracking » propose, quant à lui, que lors de la translocation de Rho sur l’ARN, ce dernier reste lié au site rut au niveau de ses sites d’interaction primaire à l’ARN (Figure 10) [20,137].
Au cours de la transcription, le complexe d’élongation peut transcrire une séquence d’ARN ayant un fort ratio C:G présentant peu ou pas de structure secondaire : le site rut. Le facteur Rho, dans une conformation d’anneau ouvert, va reconnaitre le site rut et se lier à ce dernier grâce à ses sites d’interaction primaire à l’ARN présents dans le domaine N-terminal de la protéine. Ces interactions vont permettre de positionner l’ARNm en cours de transcription au centre de l’anneau afin de favoriser les interactions avec les sites d’interactions secondaires présent au niveau du domaine C-terminal de Rho [58]. Ces
Figure 10 : Représentation schématique du modèle « Tethered-tracking » d’après [20].
A) Le facteur Rho (en rouge) lié à une séquence d’ARN (en noir) par son site rut (en jaune) au niveau des sites d’interaction primaire aux ARN (NTS, en cyan) ainsi qu’aux sites d’interactions secondaires aux ARN (SBS, en vert). B) Le modèle Tethered-tracking propose que lors de la translocation de Rho le long de l’ARN, ce dernier reste lié au site
rut par son site d’interaction primaire aux ARN. Cette translocation va ainsi former une
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interactions avec les sites secondaires vont entrainer l’hydrolyse de molécules d’ATP de manière séquentielle qui vont permettre une série de changement conformationel de la protéine et conduire ainsi la fermeture de l’anneau [60]. Ces changements vont également activer la fonction ATPase de la protéine [14]. À cet instant, Rho est sous une forme d’anneau fermé avec l’ARNm en cours de synthèse passant en son centre. Cet ARNm est lié de manière stable à Rho par son site rut qui interagit avec les sites d’interaction primaire de la protéine. La région d’ARN en aval du site rut est, quant à elle, liée de manière non spécifique aux sites d’interactions secondaires (Figure 10). Les protomères de Rho ont pris des conformations différentes en fonction de leurs états par rapport à l’ATP (T*, T, D et E) (Figure 9 B et 10). L’hydrolyse de l’ATP va se faire de manière séquentielle permettant ainsi de fournir l’énergie permettant la translocation de Rho le long de l’ARNm à raison d’un nucléotide par ATP consommé (Figure 9). Rho va donc se déplacer le long de l’ARNm en cours de synthèse tout en maintenant sa liaison avec le site rut par son site d’interaction primaire. Cette translocation dans le sens 5’3’ va continuer le long du transcrit jusqu’à ce que Rho rattrape le complexe d’élongation arrêté au niveau du site de terminaison de la transcription.
Figure 11: Représentation schématique des différents modèles de terminaison Rho- dépendante d’après [8].
A) Représentation schématique du modèle « RNA spooling », le facteur Rho tire l’ARN en cours de transcription en le tirant du complexe d’élongation. B) Représentation schématique du modèle «Hyper translocation», le complexe d’élongation va être déplacé le long du brin d’ADN par la translocation du facteur Rho. C) Représentation schématique du modèle «allosteric», l’interaction du facteur Rho avec l’ARN polymérase entraine une modification de la conformation de l’ARN polymérase entrainant la dissociation du complexe d’élongation.
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Lorsque Rho entre en contact avec le complexe d’élongation, il va entrainer la dissociation de ce dernier. Les détails précis permettant d’expliquer cette étape restent encore largement inconnus même si l’action de certaines protéines tierces a pu être démontrée dans des cas spécifiques [138,139]. La dissociation du complexe d’élongation permet à Rho d’initier la dernière étape de la terminaison Rho-dépendante. Cette dernière consiste à libérer l’ARNm transcrit en le tirant du complexe hybride ADN-ARN grâce à son activité hélicase [55,140]. Ici aussi, plusieurs modèles ont été proposés afin d’expliquer cette étape (Figure 11). Le modèle « RNA spooling » propose que Rho extrait l’ARN du complexe d’élongation en utilisant l’énergie issue de son activité ATPase pour séparer l’hybride ADN-ARN (Figure 11 A) [26]. Le modèle « Hyper translocation » propose que la translocation de Rho puisse pousser le complexe d’élongation de long de l’ADN matrice sans que ce dernier puisse transcrire la séquence d’ARN complémentaire (Figure 11 B). Ceci permet à Rho d’avoir accès à l’hybride ADN-ARN [141]. Le modèle « allostéric » propose que Rho modifie le site catalytique de l’ARN polymérase par des changements allostériques entrainant la dissociation du complexe d’élongation. Pour ce faire, Rho entre dans l’ARN polymérase où il va entrainer la dissociation de l’hybride ADN-ARN et des changements conformationnels qui vont engendrer l’inactivation du complexe d’élongation et sa dissociation de l’ADN matrice (Figure 11 C) [142].
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La traduction
3.
La traduction est le processus cellulaire permettant la synthèse fidèle d’une protéine à partir d’un ARNm. Les protéines jouent un grand nombre de rôles au sein de la cellule, que ce soit au niveau des processus permettant la reconnaissance de l’environnement, des réponses au stress et de bien d’autres mécanismes. La traduction est un mécanisme essentiel à la survie cellulaire. En effet, lors d’études sur les génomes minimaux permettant la survie d’un organisme, une grande majorité des 60 gènes essentiels est liée à des protéines impliquées dans la traduction dont des homologues ont été identifiés dans toutes les branches de l’arbre du vivant [143]. Les ribosomes traduissent l’ARNm par triplets de nucléotides, également appelés codons.
La traduction, comme la transcription, est un processus qui peut être découpé en trois étapes : initiation, l’élongation et la terminaison. Ces différentes étapes font intervenir un grand nombre de molécules qui permet de réaliser une synthèse protéique.