Traduction :

La traduction est un processus complexe constitué de plusieurs étapes mettant en jeu de nombreux acteurs, le principal d’entre eux étant le ribosome. Ce dernier progresse depuis l’extrémité 5’ de

l’ARNm jusqu’au codon stop, et permet la synthèse des protéines par liaison consécutive des différents acides aminés qui les constituent. Cet assemblage s’effectue selon le code génétique, qui associe pour chaque triplet de nucléotides de l’ARNm, appelé codon, un acide aminé. Le ribosome est un complexe nucléo-protéique de grande taille : 4,3 MDa chez les eucaryotes supérieurs. Les ribosomes possèdent deux sous-unités nommées selon leur vitesse de sédimentation : les sous- unités 40S et 60S regroupées en un ribosome 80S. La petite sous-unité 40S est constituée de 33 protéines ainsi que de l’ARN ribosomique (ARNr) 18S, tandis que la grande sous-unité est constituée de 47 protéines et de trois ARNr, l’ARNr 5S, l’ARNr 5,8S et l’ARNr 28S. Lors de la traduction, la petite sous-unité du ribosome est responsable de l’association d’un ARN de transfert (ARNt) activé avec un acide aminé, également appelé aminoacyl-ARNt, à l’ARNm par appariement de l’anticodon de l’ARNt avec le codon de l’ARNm correspondant. La petite sous- unité possède trois sites de liaison aux ARNt, les sites A, P et E permettant respectivement le lien avec l’aminoacyl-ARNt à son entrée dans le ribosome, la liaison au peptidyl-ARNt, et enfin la liaison à l’ARNt en voie de sortie. La grande sous-unité catalyse la formation de la liaison peptidique entre les acides aminés constituant la protéine en cours de synthèse. Elle possède également les trois sites de liaison aux ARNt, A, P et E, un tunnel de sortie pour le polypeptide synthétisé, ainsi que le centre peptidyl transférase qui est une région conservée principalement composée d’ARNr et responsable de la formation de la liaison peptidique. La traduction débute au niveau d’un codon initiateur AUG situé en 5’ de l’ARNm, et s’achève au niveau d’un codon stop, UAA, UAG ou UGA, situé en 3’. Mais avant cela, le ribosome doit être recruté à l’ARNm durant l’initiation de la traduction, présentée ci-après.

1.1.5.1 Initiation de la traduction :

L’initiation de la traduction est un processus complexe qui monopolise de nombreux acteurs et qui a pour but d’assembler les sous-unités ribosomales 60S et 40S en un ribosome 80S apte à l’élongation. L’initiation commence par la formation d’un complexe ternaire, constitué d’un méthionyl-tRNA ainsi que d’un facteur d’initiation eucaryote (eIF) eIF2 lié à du GTP. Ce complexe ternaire va s’associer à eIF1, eIF1A, eIF3, eIF5 ainsi qu’à la sous-unité ribosomale 40S pour former un complexe de pré-initiation 43S (PIC). Les eIF entraînent l’ « ouverture » de la sous-unité 40S permettant l’amarrage et la stabilisation du complexe ternaire au site P de la sous-unité ribosomale 40S (Kolupaeva et al., 2005; Olsen et al., 2003). L’ARNm est lié par PABPC, par le complexe eIF4F, composé de la protéine se liant à la coiffe (eIF4E) ainsi que de l’hélicase eIF4A et de eIF4G.

À l’aide de la coiffe 7-méthylguanosine en 5’, si l’on considère une initiation de la traduction canonique coiffe-dépendante, de eIF4B/eIF4H et des différents facteurs cités précédemment, le PIC peut ensuite être recruté au niveau de l’ARNm (Jackson et al., 2010). eIF4A, par son activité hélicase stimulée par eIF4B ou eIF4H, permet le déroulement des structures secondaires de la 5’ UTR (région 5’ non traduite) de l’ARNm en coopération avec une autre hélicase DHX29 (DEAH- Box Helicase 29) (Pisareva et al., 2008; Rogers et al., 2001), facilitant ainsi l’arrivée du PIC. D’autre part eIF4G, en interagissant avec eIF4E et PABPC, permet la circularisation de l’ARNm facilitant ainsi les cycles terminaison-initiation de la traduction du messager (Uchida et al., 2002). Une fois le messager lié au PIC, le balayage de la 5’ UTR de l’ARNm commence afin de positionner le PIC au niveau du codon initiateur AUG. Une fois ce codon atteint, eIF1 se dissocie du PIC, permettant ainsi la transition d’eIF2-GTP à eIF2-GDP par libération de phosphate inorganique causant la fermeture du PIC et l’arrêt de la phase de balayage de la 5’ UTR. Vient ensuite la dissociation d’eIF2-GDP d’avec eIF5 permettant à eIF5B de recruter la grande sous- unité 60S du ribosome (Pestova et al., 2000). L’hydrolyse de GTP par l’activité GTPase d’eIF5B permet un changement de la conformation du complexe 80S qui, après départ d’eIF1A, permettra le commencement de la traduction. Pour un ARNm donné, un ou plusieurs ribosomes peuvent le traduire simultanément, constituant dans ce dernier cas un polysome.

1.1.5.2 Élongation de la traduction :

L’élongation s’effectue d’abord par le fait qu’un complexe ternaire eEF1A-GTP-aminoacyl-ARNt permet le recrutement de l’aminoacyl-ARNt au ribosome 80S en positionnant la boucle anti-codon de l’ARNt au contact du codon complémentaire de l’ARNm au niveau du site A de la petite sous- unité 40S. L’appariement du codon avec l’anti-codon permet l’hydrolyse du GTP par le facteur d’élongation eucaryote 1A (eEF1A), entraînant la dissociation d’eEF1A-GDP ce qui permet

l’accommodation de l’aminoacyl-ARNt au niveau du site A. Vient ensuite la formation de la liaison peptidique entre le nouvel acide aminé, en position A, et le polypeptide en cours de synthèse, en position P, catalysée par le centre peptidyl transférase et aboutissant à un peptidyl-ARNt allongé d’un acide aminé en position A. Simultanément à la formation de la liaison peptidique, les ARNt en position A et P adoptent un état hybride suite au décalage de la sous-unité 60S, durant lequel leurs extrémités amino-acétylées se décalent respectivement au niveau des sites P et E de la grande sous-unité. La petite sous-unité, fortement favorisée par la venue et l’hydrolyse d’eEF2-GTP, peut se déplacer le long de l’ARNm sur une distance de 3 nucléotides, l’équivalent d’un codon,

permettant ainsi à l’ARNt désamino-acétylé ainsi qu’au peptidyl-ARNt de se positionner totalement au niveau des sites E et P, respectivement. Le site A est ainsi de nouveau libre pour un nouveau cycle d’élongation (Figure 5). Ce processus se répète du codon initiateur jusqu’au codon stop au niveau duquel se déclenche la terminaison de la traduction.

Figure 5 : Représentation schématique de l’étape d’élongation de la traduction.

Les différents acteurs de l’élongation de la traduction, à savoir l’ARNm, les sous-unités ribosomales 60S et 40S, eEF1A, eEF2 ainsi que les aminoacyl-ARNt sont représentés.

1.1.5.3 Terminaison de la traduction :

La terminaison va avoir lieu quand l’un des trois codons stop se trouve au niveau du site A du ribosome. La terminaison chez les eucaryotes implique deux facteurs majeurs, les facteurs eucaryotes de terminaison de la traductioneRF1 et eRF3, qui coopèrent afin de mener à bien ce processus. eRF1 reconnaît les codons stop avec une grande fidélité et permet l’hydrolyse du peptidyl-ARNt au niveau du centre peptidyl transférase, engendrant la libération du peptide synthétisé du ribosome. eRF1 a la forme d’un ARNt et est composée de trois domaines. Son

E P A E P A E P A : eEF1A : GTP : GDP : eEF2 E P A : Aminoacyl-ARNt 5’ 3’ ARNm 40S 60S Pi Pi : Phosphate inorganique E P A E P A Pi

extrémité N-terminale permet la reconnaissance des codons stop à l’aide d’un motif NIKS, reconnaissance qui est également favorisée par un motif YxCxxxF (Song et al., 2000). Le domaine central (M) contient un motif GGQ permettant l’hydrolyse du peptidyl-ARNt. Quant à l’extrémité C-terminale d’eRF1, elle lui permet d’interagir avec eRF3 (Cheng et al., 2009). Ce facteur est une GTPase qui possède une partie N-terminale variable, permettant notamment son interaction avec PABPC (Ivanov et al., 2008), tandis que son extrémité C-terminale lui permet d’interagir avec les domaines M et C-terminaux d’eRF1. Les protéines eRF1 et eRF3 coopèrent dans la terminaison de la traduction en s’associant préalablement en un complexe eRF1-eRF3-GTP. Ce complexe se lie au site A du ribosome, puis l’hydrolyse du GTP permet le dépôt du domaine M d’eRF1 au niveau du centre peptidyl transférase du ribosome et la libération d’eRF3. L’action d’une ATPase, ABCE1 (ATP-binding cassette sub-family E member 1) chez les mammifères ou Rli1 (RNase L inhibitor 1) chez la levure, va permettre d’ajuster la position du motif GGQ d’eRF1 au niveau du centre peptidyl transférase, entraînant l’hydrolyse du peptidyl-ARNt et ainsi la libération du peptide synthétisé du ribosome, et la séparation des deux sous-unités du ribosome.