7/23/2019 ARN catalytiques - dition - Virologie

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Les ARN catalytiques - Ldition - La

virologie

Sommaire

Introduction! 2

I. Les introns du groupe I (IG1)! 2

I.A. Distribution! 3

1.B. Structure primaire et secondaire! 3

I.C. Analyses phylogntiques des structures secondaires et tertiaire!

5

I.D. Les ions mtalliques! 6

I.E. La raction dautopissage! 6

I.F. Des IGI codent des endonuclases! 9

I.G. Histoire volutive de la mobilit des IG1! 11

II. Les introns du groupe II (IG2)! 13

II.A. Formation dun lasso! 13

II.B. Structure des IG2! 14

III. Les ARN catalytiques ou ribozymes! 15

III.A. La RNase P! 15

III.B. Les virodes - virusodes! 15

IV. Ldition des ARN! 18IV.A. Les fonctions dditions! 18

IV.B. Mcanismes dinsertion-dltion! 20

IV.C. Mcanisme ddition par conversion de bases! 23

IV.D. Implications volutives! 26

V - La virologie! 27

V.A - Le bactriophage! 28

V.B - Le bactriophage MS2! 36

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Introduction

On pensait initialement que seule les protines t dou dune activit catalytique, car:

Les structures tridimensionnelles sont extrmement varies

Variabilit importante de groupes ractifs lis la nature mme des acides amins

Les possibilits dans les sites catalytiques sont aussi trs varies (dues la structure tridimen-sionnelle justement)

Mais il se trouve que les protines ne sont pas les seules molcules du vivant porter des ca-

pacits catalytiques. Ceci a t montr par ltude de systme de maturation des ARN

Certains ARN peuvent tre porteurs de diffrentes ractions catalytiques: ribozymes

Ces ribozymes sont qualifis comme des enzymes protiques

- Activit dirige contre une molcule diffrente (activit intermolculaire)

- Activit dirige contre eux-mmes (activit intramolculaire)

Les exemples les plus frappants sont les introns des groupes1 et 2 qui sont dous dautopis-

sage. On a russi in vitro modifier leurs actions catalytiques. Cest le cas de la ribonuclase P

: enzyme qui intervient dans le clivage de certain ARNt, cest une ribonucloprotique. Cest un

complexe form dune protine, mais aussi dune molcule dARN. Les 2 sont lies de manire

covalente et dans ce complexe cest lARN qui porte lactivit catalytique. La protine a juste un

rle indirect dans le maintien de la conformation

Il y a un socle commun toutes ces ractions catalytiques: ce sont toujours des ractions de

clivage/formation de liaisons phosphodiester. La plupart des ractions ne ncessitent que

lARN, mais souvent in vivo il faut une protine pour que lARN maintienne sa conformation afin

que laction catalytique se passe bien

Les phnomnes ddition de lARN :

Dans les cellules eucaryotes, il y a maturation de lARN sous forme dpissage, mais il existe un

autre processus dans la modification de la squence dARN, cest ldition. Il peut y avoir desphnomnes dadditions ou de dltions. Cette dition se fait de manire individuelle. Dans la

majorit des cas, ce sont des additions duridine (pour des gnes mitochondriaux). Donc cela

implique 2 choses:

- Une trame, un modle qui indique ou doit avoir lieu la modification

- Le clivage et la formation de liaisons phosphodiester

I. Les introns du groupe I (IG1)

Les introns sont des squences nuclotidiques spcifiquement retires de leur ARN qui sont

formes par le processus de transcription. A priori, ce nest pas de linformation gntique

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Il existe des introns du groupe I, II, III et splice osomaux

On les classe selon:

- Leurs proprits

- Leurs structures

- Leurs activits catalytiques

Ces IG1 sont capables dpissage, mais reprsentent aussi des lments gntiques mobiles

(un peu comme des transposons)

! ! I.A. Distribution

On en a dtect dans diffrents compartiments cellulaires:

- Nuclaire

- Plastidiale- Mitochondriale

Les IG1 sont prsents chez une large majorit deucaryotes, mais on en a trouv chez certains

virus et Eubactries, mais pas chez les Archae. Ils ont t dcouverts en quantit importante

dans lADN mitochondrial des champignons. Ils sont plutt reprsents chez les eucaryotes in-

frieurs, mais pas chez les animaux (sauf pour les anmones et les coraux)

Au niveau du gnome, on les trouve insrs dans diffrents groupes de gnes. Il ny a pas deprfrence apparente au niveau de ces insertions nanmoins ils sont plutt insr dans des r-

gions conserves des gnes

Les IG1 sont observs dans les gnes nuclaires eucaryotes, mais seulement dans les gnes

dARNr. Chez les eubactries sont retrouv dans les boucles anticodons des ARNt

! ! 1.B. Structure primaire et secondaire

La plupart de ces lments sont composites. On trouve donc:

! - Une phase ouverte de lecture (ORF) qui code la synthse dune protine

- Une squence ARN qui encadre cette ORF

Tous les IG1 possdent la mme structure secondaire alors quil ne possde pas la mme

structure primaire (structure primaire = squence nuclotidique). Cela dit la structure primaire

possde des rgions tout de mme conserves. chaque extrmit, on retrouve des nucloti-

des identiques pour tous les IGI (commence par un T et fini toujours par un G). On a une con-

servation de la localisation de certaines adnosines. Les rgions P,Q,R et S sont les 4 rgions

principales qui participe, en se rejoignant, la formation de la structure secondaire

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3 types de structures (rgions):

- Tiges (Px)

- Boucles (Lx)

- Jonctions (Jx/y)

Les tiges P1 et P10 ont besoin de squences exoniques pour se former. Ces tiges sont formes

par des bases complmentaires selon les rgles de Watson et Crick. Mais on trouve aussi des

associations entre bases non complmentaires (G-U) qui sont relativement bien conserves

dans la tige P1. Les tiges PI et P10 sont des tiges transitoires qui permettent un rapprochement

de leurs espaces et qui aide au processus dpissage

Les parties dintrons associs aux exons sont appeles : IGS. On pensait que ces rgions

avaient un rle important dans les IG1 et donc dans la raction catalytique, mais apparemment

elles ne sont pas si importantes que a, car quand on modifie leurs squences, la raction se

fait tout de mme

La structure P7 est la structure la mieux conserve dans tous les IG1, elle stend sur 6 pb, un

nuclotide saillant nest associ aucun nuclotide. lintrieur on trouve une paire de base G-

C qui est prsente universellement dans tous les IGI

Les tiges sont observes dans toutes les rgions. Le corps est form de toutes les tiges sauf P2

et P10

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I.C. Analyses phylogntiques des structures secondaires et ter-

tiaire

La structure secondaire est fondamentale pour lactivit catalytique des Introns et pour confir-

mer le modle, on fait des analyses de mutation en cis (on modifie directement la squence de

lintron)

On prend le gne de la -galactosidase dans lequel on ajoute lintron de type I (on fait cette

construction dans un plasmide)

Une fois dans la cellule bactrienne, on lui donne un substrat (X-Gal) incolore et des que la -

galactosidase coupe la liaison, le X devient bleu. Donc on voit que lintron de type I fonctionne.

Si on mute lintron et quon modifie sa structure secondaire, les colonies seront blanches et

donc il ny aura plus dactivit catalytique

On peut refaire des mutations jusqu ce que lune dentre elles permette de rcuprer lactivit

catalytique normale, mais avec une squence en nuclotide diffrente (ceci est trs informatif)

Les structures secondaires interagissent entre-elles aussi pour former des structures tertiaire.

Elles font intervenir les boucle de lintro qui interagissente entre-elles. A linterieur des boucles,

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on trouve des ttraboucles (tetralogs) constitu de 4 nuclotides (-G N R A - ) cest au travers

de ces squences que les interaction tertiaire se forment linterieur de lintron. Il y a des inter-

actions hydrogne comme si quil sagssait de pair de base classique avec parfois des interac-

tions boucles-tiges qui conduit la formation de triplets (3 bases qui sassocient). Ceci permet

lintron de se replier sur lui-meme.

Analyse de covariance : on fait varier la squence dune tetraboucle et on regard avec quelle

rgion elle interagit normalement

Structures secondaire et tertiaire sont essentielles pour lactivit catalytique de lintron

! ! I.D. Les ions mtalliques

Les introns de types I sont qualifi de mtallo enzymes. Ces structures ont besoin dions mtal-

lique pour pouvoir fonctionner correctement, ce sont nottament des ions divalents

Role des ions divalents :

- Il intervienne dans la stabilisation de la structure de lintron lui-meme

Cations interagissent avec le squelette ribose phosphate charg negativement et on stabilise

les rpulsion lectrostatique

Pour le maintient de la structure secondaire et tertiaire, 3 ions essentiels :

- Mg++

- Mn++- Ca++

- Il intervienne dans la chime de la raction catalytique

Seul le Mg et le Mn ont une activit maintenus (pas le Ca). Le plus efficace est le Mg

! ! I.E. La raction dautopissage