Démarrage de la traduction avec des ARN messagers sans leaders – LmRNA

LmRNA concerne l’étude d’un processus cellulaire essentiel, la traduction des ARN messagers en protéines par les ribosomes. Les manuels décrivent les mécanismes canoniques de démarrage de la traduction : le cas bactérien, où l'ARNm porte dans sa région 5’ non traduite une séquence Shine-Dalgarno (SD) qui aide à positionner le complexe ribosomique sur le codon de démarrage, et le cas eucaryote, où les ARNm coiffés sont reconnus et ensuite scannés par le complexe ribosomique pour identifier le codon de démarrage. Le cas des archées est intermédiaire avec des ARNms de type bactérien alors que ribosomes et facteurs de démarrage sont de type eucaryote.

Les analyses transcriptomiques montrent cependant qu’il existe aussi des ARNm sans régions 5’ non traduites ou avec des régions 5’ non traduites très courtes. De manière inattendue, ces ARNm sont ubiquitaires, présents dans tous les domaines de la vie, et même prévalents dans certains organismes. Dans certains cas, leur abondance peut augmenter dans des conditions défavorables, contribuant à l'adaptation des cellules. Malgré tout, les études de ces ARNm particuliers sont parcellaires et on ne sait toujours pas clairement comment ils sont recrutés et traduits efficacement par le ribosome.

Notre objectif est de comprendre les mécanismes moléculaires de démarrage de la traduction de ces ARNm sans leader (ou lmARNs) chez deux organismes modèles qui utilisent majoritairement des lmARNs, la bactérie Deinococcus deserti (60% de lmARNs) et l’archée Saccharolobus solfataricus (69% de lmARNs). Ces modèles appartiennent à deux domaines du vivant et ont des ribosomes et des mécanismes de traduction canoniques qui diffèrent. Ainsi, nos études permettront de mieux comprendre comment ces deux systèmes de démarrage sont adaptés aux lmARNs et si les mécanismes sont conservés dans ces deux domaines du vivant. Selon la réponse, les lmARNs apparaîtront comme des reliques d’une traduction ancestrale ou comme le résultat d'une évolution plus récente liée à des besoins de régulation spécifiques. Nos hypothèses de départ sont les suivantes : (i) le mécanisme de traduction des lmARNs est différent de celui des ARNm canoniques (ii) des caractéristiques intrinsèques des lmARNs participent à leur recrutement (iii) des protéines ribosomiques spécifiques ou des caractéristiques des facteurs de démarrage dédiées à la traduction des lmARNs existent.

Notre consortium réunit trois équipes : une équipe spécialiste des Deinococcales et deux équipes spécialistes de la traduction archée. Deux partenaires apportent leur expertise en culture cellulaire, génétique et études pangénomiques et un partenaire apporte son expertise en biochimie et biologie structurale. La réalisation du projet s’appuie sur des résultats préliminaires solides.

Nous caractériserons des complexes de démarrage in vivo en utilisant le profilage des ribosomes afin de déterminer si la sélection du lmARN a lieu sur la petite sous-unité du ribosome ou si elle est réalisée sur le ribosome assemblé. Des ARNm modèles d’intérêt seront étudiés plus en profondeur. Les caractéristiques des systèmes de traduction archéens et bactériens dédiées aux lmARNs seront établies in vivo grâce à des constructions génétiques. In vitro, nous utiliserons la spectroscopie de fluorescence et la méthode d’empreinte du ribosome (toeprinting) pour étudier la formation des complexes. Enfin, la cryo-microscopie électronique sera la méthode centrale pour des études structurales à haute résolution des complexes de démarrage archéens et bactériens.

L’étude de la traduction des lmARNs comblera une lacune dans la connaissance des mécanismes de la traduction ribosomale et de leur évolution. Notre étude sera donc susceptible de modifier notre vision de la traduction canonique chez les bactéries et les archées. Cette connaissance pourra être ajoutée à la boîte à outils de la biologie synthétique pour la conception de circuits de régulation plus complexes et plus efficaces.