Comment les acides aminés «à risque» interrompent l’allongement de la synthèse des protéines

La vie dépend du fonctionnement précis de plusieurs protéines synthétisées dans les cellules par les ribosomes. Cet ensemble diversifié de protéines, connu sous le nom de protéome, est maintenu par l’élongation robuste de la traduction des séquences d’acides aminés qui se produit dans les ribosomes. Les mécanismes de traduction qui assurent que les chaînes naissantes de polypeptides – longues chaînes d’acides aminés – s’allongent sans se détacher sont conservés chez tous les organismes vivants. Cependant, les taux d’allongement ne sont pas constants. L’élongation est souvent interrompue par des interactions entre des polypeptides naissants chargés positivement et des ARN ribosomiques chargés négativement.

Des études ont montré que dans les cellules procaryotes d’Escherichia coli, les chaînes peptidiques naissantes non seulement perturbent le processus d’élongation, mais déstabilisent les ribosomes eux-mêmes. Ce type d’arrêt prématuré de la traduction est appelé déstabilisation intrinsèque des ribosomes (IRD). Les preuves montrent que l’IRD a été principalement déclenchée par des peptides naissants avec des N-terminaux riches en séquences d’acide aspartique et glutamique. Les mécanismes de traduction étant conservés, les chercheurs ont commencé à se demander si un phénomène similaire pouvait être observé dans les cellules d’organismes eucaryotes, tels que les plantes, les champignons et les animaux.

Récemment, une équipe de chercheurs japonais, dirigée par le professeur Hideki Taguchi du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), a réussi à apporter des réponses à cette question. Dans leur récente étude publiée dans Communication Naturel’équipe utilisant des cellules de levure bourgeonnantes et un système de traduction acellulaire reconstitué pour étudier le phénomène IRD chez les eucaryotes.

« Des études antérieures ont exploré l’impact des séquences d’acide aspartique et d’acide glutamique sur la traduction ribosomique bactérienne. Cependant, peu de choses concernent les cellules eucaryotes. Nous avons donc choisi un organisme eucaryote comme la levure pour étudier l’arrêt prématuré de la traduction et s’il existait des mécanismes. présents pour contrer l’IRD », explique le professeur Taguchi, l’un des auteurs correspondants de l’étude.

L’équipe a découvert que, comme pour les bactéries, les chaînes peptidiques naissantes enrichies en acide aspartique (D) ou en acide glutamique (E) dans leurs régions N-terminales entraînaient l’avortement de la traduction dans les cellules de levure par IRD. Ils ont également découvert que l’accumulation des peptidyl-ARNt inhibait la croissance cellulaire chez la levure dépourvue de peptidyl-ARNt hydrolase, une enzyme cellulaire essentielle.

« Les peptidyl-ARNt produits par l’IRD sont clivés par la peptidyl-ARNt hydrolase, qui recycle les peptidyl-ARNt en dehors du complexe ribosomique. L’accumulation de ces peptidyl-ARNt abortifs est toxique, car la levure dépourvue de l’enzyme ne peut pas se développer lorsque les séquences sujettes à l’IRD sont surexprimés », déclare le professeur Taguchi.

L’analyse bioinformatique effectuée par l’équipe a cependant révélé une façon unique pour les cellules de levure de réduire le risque d’IRD. Ils ont découvert que les protéomes avaient une distribution biaisée des acides aminés, où le processus d’allongement de la traduction défavorisait les séquences d’acides aminés avec des séquences D/E dans leur région N-terminale.

Cette étude fournit de nouvelles informations sur la dynamique d’élongation des cellules eucaryotes et les mécanismes de neutralisation en place pour réduire les défauts de traduction lors de la synthèse des protéines. « Comprendre les facteurs qui affectent l’utilisation globale des acides aminés dans les protéomes peut nous aider à améliorer l’expression des protéines recombinantes. Ceci est essentiel pour la production de protéines utiles qui peuvent avoir des applications cliniques et industrielles », conclut le professeur Taguchi.