Modifications post-transcriptionnelles des ARNs de transfert par insertion radicalaire. – INSERAD

Les modifications post-transcriptionnelles des ARN de transferts sont connues depuis plusieurs décennies et leur nombre ne cesse de s’accroître même si la fonction de ces modifications reste le plus souvent obscure. D’un strict point de vue chimique, ces modifications représentent une palette de réactions particulièrement complexes dont certaines impliquent l’insertion d’hétéro-atomes ou de fragments carbonés dans des liaisons C-H peu réactives. On sait depuis peu que la fonctionnalisation de ces liaisons passe par l’intervention de radicaux libres, seuls susceptibles de les activer. On ne sait rien, par contre, des mécanismes d’insertion qui interviennent après cette étape d’activation.
Le projet présenté ici a pour but de comprendre le détail de ces réactions d’insertion radicalaire à travers l’étude de deux systèmes enzymatiques modifiant les purines 37 de certains ARNt. La première enzyme (MiaB) est une méthylthiotransférase qui catalyse l’insertion d’un groupement méthylthio sur le C2 de A-37 des ARNt bactériens lisant les codons commençant par une uridine. Le second système (TYW1) insère un motif à 2 atomes de carbone dans une liaison C-H du méthyl-1 de G-37 de l’ARNt phenylalanine des eucaryotes et des archaebactéries conduisant à la formation d’un nucléoside tricyclique.

Ces deux systèmes appartiennent à la famille des enzymes « radical-SAM » mise en évidence par criblage bioinformatique en 2001 et qui interviennent de façon ubiquitaire dans tous les domaines du métabolisme cellulaire. Ces enzymes contiennent toutes un centre [4Fe-4S]2+/1+ lié à la protéine par un motif invariant CysxxxCysxxCys. La quatrième position de coordination est occupée par le cofacteur S-Adénosyle méthionine (SAM). La réduction du centre Fe-S provoque la réductolyse de la SAM conduisant à la formation d’un radical 5‘-deoxyadénosyle et de méthionine. Ce radical joue le rôle d’initiateur radicalaire pour une suite de réactions spécifiques de l’enzyme considérée.

Les deux systèmes au cœur du projet ont la particularité de contenir, outre le centre Fe-S des « radical-SAM », un deuxième centre [4Fe-4S]2+/1+ dans leur partie N-terminale. Ce deuxième centre n’est lui aussi lié à la protéine que par 3 cystéines conservées. Le projet se propose de montrer que ce centre sert à activer le fragment qui sera inséré dans le substrat proprement dit, à savoir un atome de soufre pour les méthylthio transférases (MiaB) ou un motif à 2 atomes de carbone pour l’enzyme TYW1. L’élucidation de ces mécanismes devrait permettre d’obtenir des systèmes catalytiques in vitro avec, comme conséquence prévisible, la production facilitée de molécules à haute valeur ajoutée telle que la biotine et certains antibiotiques.