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Caractérisation par cryo-microscopie électronique des différences structurales dans la traduction des protéines entre les eucaryotes pathogènes et les mammifères – CryoEM80S

Différences structurales dans la traduction des protéines entre les eucaryotes pathogènes et leurs hôtes mammifères

La conservation relative du ribosome chez les eucaryotes complique sensiblement la recherche de médicaments spécifiques contre les agents pathogènes eucaryotes tels que certains protozoaires comme Plasmodium et kinétoplastides. <br />Notre travail ainsi que d'autres études démontre l'existence d'importantes différences structurales entre les ribosomes de protozoaires et de mammifères. En utilisant la cryo-microscopie électronique, nous nous efforçons d'étudier ces différences structurales.

Enjeux et objectifs spécifiques du projet

1. Nous allons nous concentrer sur les différences structurales dans le processus de l'initiation de traduction entre kinétoplastides et leurs hôtes mammifères (i) par la caractérisation des complexes d'initiation de plusieurs espèces de Plasmodium et kinétoplastides et en les comparant à leurs homologues de mammifères. Nous allons également (ii) poursuivre nos travaux précédents dans la résolution des structures de divers complexes d'initiation de mammifères. 2. Nous allons nous concentrer sur la structure des éléments ribosomiques spécifiques aux protozoaires et (i) tenter de pêcher des molécules qui interagissent avec ces derniers à partir d'extraits cellulaires de kinétoplastides et plasmodium. <br />3. nous allons étudier les structures ribosomiques de certains protozoaires à différents stades du cycle de vie du parasite, car ils varient en fonction de ce dernier. <br />Nos résultats vont faire progresser de manière significative notre compréhension de la régulation de la synthèse des protéines chez les protozoaires et représenteront une étape prometteuse dans la recherche de traitements plus efficaces contre ces agents pathogènes d'eucaryotes.

Nous utilisons principalement la cryo-microscopie électronique comme méthode de résolution structurale. Les structures obtenue sont ensuite interprétées par modélisation moléculaire par des moyen informatiques adaptées. L'interprétation structurales se fait grâce aux méthodes analytiques basée essentiellement sur la spectrométrie de masse, en combinaison avec les cartes de density électroniques de nos structures.
Nos conclusions sont validées/testées par expérimentalement par une panoplie de moyens biochimiques.
Nous utilisons les microscopes électroniques de l'installation de l'IGBMC à Strasbourg, mais aussi les microscopes électroniques de l'installation NeCEN à Leiden, en Hollande.

Nous avons réussi à progresser de manière très significative dans l ‘étude des différences structurales dans la machinerie de la traduction de protéines entre les eucaryotes pathogènes (protozoaires comme Plasmodium et Trypansomes) et leurs hôtes mammifères. En effet, nous avons réussi à caractériser certaines de ces différences chez P. falciparum et Trypanosoma bucei (agent pathogène responsable de la malaria et de la maladie de sommeil, respectivement). Ces travaux ont fait l’objets de publications.
Très récemment, nous avons réussit à préparer pour la première fois des complexes d’initiation de la traduction chez les trypanosomes à partir de T. cruzi (responsable de la maladie de Chagas) dont nous avons résolu la structure par cryo-microscopie électronique. Ceci est encore un travail en cours mais qui fera bientôt l’objet de publication scientifique.
Concernant l’autre grand thème de recherche traité, à savoir la régulation de la traduction des protéines chez les mammifères, nous avons réussi à caractériser pour la première fois la dynamique d’assemblage de leurs complexes d’initiation, mettant en jeux un certain nombre de facteurs clés qui supervisent le déroulement de cette étape cruciale. Ce travail a fait l’objet une publication.

Continuer notre travail dans l'étude de l'initiation de la traduction chez les deux mammifères et des protozoaires pathogènes et essayer de se concentrer davantage sur les méthodes de reconstitution in vitro, capables de produire des complexes plus homogènes et donc plus appropriés pour les études de résolution structurale à haute résolution.

• Chikne V., Doniger T., Rajan K. S., Bartok O., Eliaz D., Cohen-Chalamish S., Tschudi C., Unger R., Hashem Y., Kadener S., Michaeli S. A pseudouridylation switch in rRNA is implicated in ribosome function during the life cycle of Trypanosoma brucei. Scie

La traduction des protéines consiste à traduire le code génétique porté par l’ARN messager (ARNm) en protéines. Ce processus est réalisé par le ribosome qui est conservé universellement dans toutes les cellules. Cependant, sa structure présente des différences significatives entre les bactéries et les cellules des eucaryotes. Au niveau structural, le ribosome eucaryotique renferme plus de protéines et d’ARN ribosomal (ARNr). En plus, certains de ses sites catalytiques clés peuvent être structuralement différents de leurs sites correspondants dans le ribosome bactérien, comme par exemple le centre de décodage dans le site-A. C’est en partie à cause de ces différences structurales que le ribosome bactérien peut être spécifiquement ciblé par un nombre d’antibiotiques sans impacter dramatiquement la traduction dans les cellules eucaryotiques de l’hôte infecté. Cependant, la conservation relative du ribosome parmi les eucaryotes complique sensiblement la recherche pour des substances agissant spécifiquement contre les organismes eucaryotiques pathogènes, comme certains protozoaires dont on peut citer des espèces de plasmodium et de kinétoplastides.
Nos travaux antérieurs ainsi que d’autres démontrent l’existence de différences structurales entre les ribosomes de certains protozoaires pathogènes et ceux des mammifères. En utilisant la technique de la cryo-microscopie électronique (cryo ME), nous préméditons d’étudier ces différences structurales. La position de certains de ces différences structurales sur les ribosomes de protozoaires suggère leur implication dans des étapes clés du processus de la traduction, comme par exemple l’étape de l’initiation. En effet, cette suggestion est fortement soutenue par l’existence d’insertions larges d’ARNr, appelées Segments d’Expansion (SE), à des régions hautement conservées impliquées dans l’initiation de la traduction sur les ribosomes des kinétoplastides.
Dans cette demande de financement, en utilisant la cryo ME comme méthode : 1. nous allons nous concentrer sur les différences structurales entre les ribosomes de certains espèces de protozoaires pathogènes et ceux des mammifères, ainsi que sur leur implication dans le processus de l’initiation de la traduction. Plus spécifiquement, (i) nous allons caractériser, pour la première fois, des complexes d’initiation purifiés à partir des kinétoplastides pour les comparer à leurs homologues chez les mammifères. (ii) Nous allons poursuivre notre travail antérieur sur l’étude structurale des complexes d’initiation de la traduction chez les mammifères. 2. Nous allons étudier la structure des éléments ribosomaux spécifiques aux protozoaires. Ainsi nous allons (i) établir un inventaire de telles structures spécifiques et (ii) essayer de piéger des molécules interagissant avec elles. 3. Nous allons étudier la structure des ribosomes de plasmodium à différents stades du cycle de vie du parasite, comme la structure des ARNr de ces ribosomes varie en fonction de celui-ci.
La cryo ME a été marquée durant les dernières années par un développement technologique spectaculaire sur le plan matériel et logiciel, faisant de la cryo ME une méthode de choix pour les études structurales des assemblages macromoléculaires de taille importante à des résolutions quasi, sinon pleinement, atomiques.
Nos résultats vont révéler des structures des complexes d’initiation de la traduction chez les protozoaires ainsi que les mammifères, et vont représenter un socle solide pour la conception d’expériences futures visant à mieux comprendre la fonction des différents facteurs d’initiations impliqués dans ce processus. Mais surtout, nos résultats vont améliorer de manière considérable notre compréhension de la traduction des protéines chez les protozoaires et vont représenter une étape prometteuse dans la recherche pour des traitements plus efficaces contre de dangereux parasites eucaryotiques.

Coordinateur du projet

Monsieur Yaser Hashem (centre national de la recherche scientifique)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

centre national de la recherche scientifique

Aide de l'ANR 554 771 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2015 - 48 Mois

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