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Actualités scientifiques

Expression des gènes : visualisation à haute résolution d’une machinerie de transcription en pause

Structure tridimensionnelle, obtenue par cryomicroscopie électronique, de l'ARN polymérase (gris) en pause liée au facteur NusA (jaune) au moment de l’élongation.

Structural Basis for NusA Stabilized Transcriptional Pausing.

Guo X(1), Myasnikov AG(1), Chen J(2), Crucifix C(1), Papai G(1), Takacs M(1), Schultz P(1), Weixlbaumer A(3).

Mol Cell 1 mars 2018


1 mars 2018

Une étape clé de l'expression des gènes dans tous les royaumes de la vie est la transcription, qui permet la synthèse d’une molécule d’ARN à partir de l’ADN. Ce mécanisme, effectué par une enzyme appelée ARN polymérase, est fortement régulé par les facteurs de transcription ainsi que par l'ARN transcrit. Grâce à des études structurales, l'équipe d'Albert Weixlbaumer à l’IGBMC (CNRS/Inserm/Unistra), en collaboration avec Patrick Schultz, a obtenu une reconstruction à haute résolution d'une ARN polymérase en pause lors de la transcription, avec une molécule d’ARN qui stabilise cet état. Le complexe est également lié au facteur de transcription NusA, qui stimule tant un arrêt transitoire que la fin de la transcription et joue un rôle central dans ce processus fondamental. Ces résultats sont publiés le 01 mars 2018 dans la revue Molecular Cell et apparaissent en couverture.

La première étape du processus de conversion des informations stockées dans l'ADN en protéines est la synthèse d'une molécule d'ARN basée sur un gabarit d'ADN par l'ARN polymérase. Cette étape est essentielle pour l'expression des gènes dans tous les royaumes de la vie et est fortement régulée par les facteurs de transcription. La transcription est divisée en phases d'initiation, d'allongement et de terminaison. Pendant l'élongation, l'ARN polymérase se déplace le long du gabarit d'ADN en le copiant en ARN. Cependant, l'élongation est fréquemment interrompue par des pauses, qui régulent l'expression des gènes. Les pauses sont modulées par l'ARN naissant lui-même et par des protéines, les facteurs de transcription, ces deux types de molécules influençant tous deux le taux de transcription.

 

Grâce à des reconstructions obtenues par une méthode d’observation de molécules, la cryomicroscopie électronique à haute résolution, couplée au traitement d'images et à la reconstruction 3D, l'équipe d'Albert Weixlbaumer a pu visualiser pour la première fois les interactions entre l'ARN polymérase, un ARN transcrit structuré et le facteur de transcription bactérien NusA. Ces structures révèlent quatre interactions entre la polymérase et NusA, expliquent comment la transcription est stoppée, comment le transcrit structuré stabilise cet état, et suggèrent comment NusA stimule la pause et la fin de la transcription. Ce travail a été possible grâce à une collaboration avec l'équipe de Patrick Schultz.

 

La comparaison de l'ARN polymérase à différentes étapes de la transcription permet de mieux comprendre la nature dynamique de ce processus, qui est essentiel à l'expression des gènes et qui est donc aussi une cible privilégiée de médicaments. Un résultat essentiel puisque l’importance des facteurs de transcription dans le développement et dans certaines maladies est bien établie.

 

Cette étude a été soutenue par l’Union Européenne (ERC) et le LabEx.

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