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Surveillance du processus de synthèse des protéines membranaires

 

Les cellules aussi, mettent en place des opérations de contrôle qualité pour vérifier la conformité des produits issus de leur machinerie. Grâce au cryo-microscope électronique Polara de Grenoble, les bases structurales d'un critère de contrôle qualité du processus de synthèse des protéines membranaires ou des protéines secrétées viennent d'être élucidées par une équipe du laboratoire Biologie structurale des interactions entre virus et cellule-hôte (UVHCI, CNRS/EMBL/Université Joseph Fourier). Ces travaux ont été publiés dans la revue Nature Structural & Molecular Biology.

 

Les ribosomes sont des complexes ribonucléoprotéiques, qui se retrouvent aussi bien dans les cellules eucaryotes que dans les cellules procaryotes. Chargés de décoder l'information génétique portée par les ARNs messagers et de synthétiser les protéines correspondantes, les ribosomes représentent la plateforme centrale du processus de synthèse des protéines de la cellule. Si ce processus est généralement bien connu, la synthèse de protéines membranaires ou des protéines sécrétées est en revanche plus complexe et délicate à comprendre. En effet, celle-ci requiert plusieurs étapes de contrôle qualité, permettant de s'assurer que la protéine synthétisée est correcte et bien dirigée vers la membrane.

Lors de la synthèse d'une protéine membranaire ou sécrétée, un peptide signal hydrophobique néo-synthétisé induit l'association du ribosome avec un complexe appelé SRP. Cette association permet la synthèse et le ciblage simultanés de la chaine peptidique vers la membrane, grâce à une interaction avec un récepteur situé au niveau de cette membranaire. Si l'hydrophobicité du peptide signal est trop faible, le processus de ciblage de la chaine peptidique est avorté à un stade précoce. L'équipe dirigée par Christiane Schaffitzel à l'UVHCI a étudié les bases structurales de ce phénomène chez la bactérie modèle Escherichia coli. Cet organisme possède en effet une forme simplifiée du SRP humain et un récepteur membranaire commun aux bactéries et aux eucaryotes.

Les chercheurs ont d'abord mis au point les conditions biochimiques permettant de produire et de purifier un complexe ribosome-SRP-récepteur bloqué au stade précoce de la traduction et du ciblage. Ils ont ensuite utilisé le cryo-microscope électronique Polara de la plateforme dirigée par Guy Schoehn à l'Institut de biologie structurale (CNRS/CEA/Université Joseph Fourier) de Grenoble pour obtenir des images de ce large complexe. L'analyse de ces images a permis de recalculer la structure 3D du complexe à environ 12 Å de résolution. Cette structure a été combinée avec les structures à résolution atomique du SRP, du récepteur et du ribosome pour générer un modèle 3D du complexe ribosome-SRP-récepteur à résolution quasi-atomique. L'analyse de ce modèle, couplée à des études thermodynamiques et cinétiques, a alors démontré que la partie N-terminale du peptide signal d'E. coli, qui n'est que faiblement hydrophobique, est responsable de la déstabilisation du complexe et d'une dissociation préférentielle du récepteur. Sans ce récepteur, la protéine ne peut pas être dirigée vers la membrane et le processus de ciblage est avorté.

Ainsi, ces travaux réalisés en collaboration avec des chercheurs américains mettent à jour les bases structurales d'un critère de contrôle qualité de la synthèse des protéines membranaires ou secrétées. Les homologies de séquences entre les constituants bactériens et humains sont suffisamment grandes pour suggérer que ce mécanisme de contrôle fonctionne de manière identique chez l'Homme.

 

Figure : La structure tridimensionnelle du complexe ribosome-SRP-récepteur obtenue par cryo-microscopie électronique montre le canal de sortie du polypeptide synthétisé. La grosse sous-unité du ribosome (50S) apparait en bleu, la petite sous-unité (30S) en jaune et le complexe SRP-récepteur (scSRP) en orange. © UVHCI, Ottilie von Loeffelholz

 

 

En savoir plus

• Structural basis of signal sequence surveillance and selection by the SRP–FtsY complex, Ottilie von Loeffelholz, Kèvin Knoops, Aileen Ariosa, Xin Zhang, Manikandan Karuppasamy, Karine Huard, Guy Schoehn, Imre Berger, Shu-ou Shan, Christiane Schaffitzel, Nature Structural & Molecular Biology (2013), doi:10.1038/nsmb.2546.

 

Contact chercheurs

• Guy Schoehn
• Christiane Schaffitzel
  Biologie structurale des interactions entre virus et cellule-hôte (UVHCI)
  UMI3265 CNRS/EMBL/Université Joseph Fourier
  EMBL Grenoble Outstation
  6 rue Jules Horowitz - BP BP181
  38000 Grenoble