« ARN polymérase » : différence entre les versions

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== Introduction ==
Essentielle à la survie cellulaire de tous les organismes, la [[transcription]] est le processus de synthèse de l'[[ARN]] à partir de l'[[ADN]] génomique. Au cœur de cette activité se retrouve une [[enzyme]] appelée [[ARN polymérase]] (ARNP). L'ARNP est présente dans tous les organismes vivants (bactéries, archées et eucaryotes) ainsi que dans de nombreux virus. Ces différentes ARNP partagent toutes des séquences et des structures protéiques, et des mécanismes moléculaires similaires. <ref name=":0">{{Citation d'un lien web|langue=en|nom1=Ml|prénom1=Hsieh|nom2=J|prénom2=Borger|titre=Biochemistry, RNA Polymerase|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31424796/|site=PubMed|date=2020 Jan|pmid=31424796|consulté le=2020-08-06}}</ref> La fonction de l'ARNP est de transcrire l'ADN en nombreux types d'ARN différents: [[ARNm]], [[ARNt]], [[ARNr]], [[ARNs]], [[snoRNA]] et d'autres [[ARN non codants]]. L'ADN brin matrice est lu dans le sens 3' à 5' tandis que la synthèse d'ARN se produit dans le sens 5' à 3'. Les ARNP sont des enzymes très abondantes qui catalysent la formation de [[Liaisons phosphodiester|liaisons phosphodiester]] reliant les ribonucléotides ensemble, produisant ensuite une chaîne linéaire. L'ARNP utilise des nucléosides triphosphates (rATP, rCTP, rUTP et rGTP) comme substrats.
Essentielle à la survie cellulaire de tous les organismes, la transcription est le processus de synthèse de l'ARN à partir de l'ADN génomique. Au cœur de cette activité se retrouve une enzyme appelée ARN polymérase (ARNP). L'ARNP est présente dans tous les organismes vivants (bactéries, archées et eucaryotes) ainsi que dans de nombreux virus. Ces différentes ARNP partagent tous des séquences et des structures protéiques, et des mécanismes moléculaires similaires. <ref name=":0">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31424796</ref>


== Fondamentaux ==
Alors que les bactéries (procaryotes) et les archées ne contiennent qu'un seul ARNP, les eucaryotes en contiennent trois : l'[[ARN polymérase I]] (ARNPI), l'[[ARN polymérase II]] (ARNPII) et l'[[ARN polymérase III]] (ARNPIII). <ref name=":0" /> Bien qu'il existe des différences drastiques entre ces trois enzymes, elles ont également de nombreuses similitudes. En effet, elles partagent trois sous-unités hautement conservées. Ainsi, les scientifiques ont pu déterminer de nombreuses structures et fonctions importantes des ARNP en étudiant les bactéries et les levures qui sont des organismes beaucoup plus simples. 


Les ARNP sont responsables de la transcription de l'ADN génomique en ARN. Alors que les bactéries (procaryotes) et les archées ne contiennent qu'un seul ARNP, les eucaryotes en contiennent trois: l'ARNPI (X sous-unités), l'ARNPII (x sous-unités) et l'ARNPIII (x sous-unités). '''(REF)''' Bien qu'il existe des différences drastiques entre ces trois enzymes, elles ont également de nombreuses similitudes importantes. En effet, elles partagent trois sous-unités hautement conservées. Ainsi, les scientifiques ont pu déterminer de nombreuses structures et fonctions importantes des ARNP en étudiant les bactéries et les levures qui sont des organismes beaucoup plus simples.  
Le pourcentage de transcrit d’ARN provenant de ces polymérases varie grandement d’une enzyme à l’autre. L’ARNPI transcrit environ 75 % de l’ARN total de la cellule, 10 % pour l’ARNPII et 15 % pour l’ARNPIII. <ref name=":1">{{Citation d'un article|prénom1=Michel|nom1=Werner|prénom2=Pierre|nom2=Thuriaux|prénom3=Julie|nom3=Soutourina|titre=Structure–function analysis of RNA polymerases I and III|périodique=Current Opinion in Structural Biology|volume=19|numéro=6|date=2009-12|issn=0959-440X|doi=10.1016/j.sbi.2009.10.005|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.sbi.2009.10.005|consulté le=2020-08-06|pages=740–745}}</ref> Les trois polymérases présentent une grande homologie entre elles. Elles contiennent respectivement 14, 12 et 17 sous-unités. Toutefois, même si l’ARNPII ne transcrit que pour 10 % de l’ARN total, c’est l’enzyme la plus étudiée des trois. Les informations acquises au fil du temps ont été effectué à partir de la levure ''Saccharomyces cerevisiae'' qui est l'organisme modèle dans ce champ d'étude. Ainsi dans la présente page, les informations sur le mécanisme de fonctionnement général de l'ARNP proviennent principalement de celles obtenues chez la levure.


Tous les ARN contiennent un noyau. Ce noyau de synthèse d’ARN génère des chaînes d’ARN de 5 ’à 3’ en hydrolysant du pyrophosphate à partir de nucléosides triphosphates. Le noyau bactérien RNAP est le plus simple, composé de cinq sous-unités: bêta, bêta prime, deux alphas et oméga. Ensemble, les grandes sous-unités bêta et bêta prime forment une griffe avec l'ion magnésium réactif. <ref name=":2">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23768203</ref> Au centre de la griffe se trouve un site catalytiquement actif. L'initiation de l'assemblage de noyau se produit par la dimérisation du domaine N-terminal des sous-unités alpha, suivie par bêta et avec oméga servant par la suite de chaperon pour beta prime. Un éditeur de liens flexible attache les domaines C-terminaux des alphas et remplit des fonctions réglementaires importantes. Les sous-unités archaea et eucaryotes sont également très homologues à RNAP bactérien. Les RNAP bactériens, archaïques et eucaryotes ressemblent tous à une pince de crabe avec un site actif enzymatique situé au bas de la fente de la pince. .<ref name=":3">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21250781</ref><ref name=":4">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11124018</ref> L'architecture qui entoure la fente est également hautement conservée dans les trois domaines de la vie, ce qui suggère que ce mécanisme de synthèse d'ARN est conservé des bactéries aux humains.<ref name=":0" />
== Structure et mécanisme moléculaire ==
Les trois polymérases présentent une grande homologie entre elles. Elles contiennent respectivement 14, 12 et 17 sous-unités. Toutefois, même si l’ARNPII ne transcrit que pour 10 % de l’ARN total, c’est l’enzyme la plus étudiée des trois. Au tournant des années 2000, des avancements majeurs ont été effectués lorsque le structure tridimensionnelle de l’enzyme a été déterminée. Ces résultats ont grandement aidé et permis une meilleure compréhension de la transcription à l’échelle protéique et atomique.  


== Sujets de préoccupation ==
La détermination de la structure de l’ARNPII a donc permis d’observer que la morphologie de l’enzyme est très similaire à celle observée avec l’ARN polymérase de la bactérie ''Thermus aquaticus'', c’est-à-dire une forme en pince de crabe. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Nancy A|nom1=Woychik|prénom2=Michael|nom2=Hampsey|titre=The RNA Polymerase II Machinery|périodique=Cell|volume=108|numéro=4|date=2002-02|issn=0092-8674|doi=10.1016/s0092-8674(02)00646-3|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/s0092-8674(02)00646-3|consulté le=2020-08-06|pages=453–463}}</ref> La surface de l’enzyme possède une charge totale négative, tandis que l’intérieur de la pince, correspondant à la surface de contact avec l’ADN, est de charge positive. L’enzyme peut être divisée en quatre modules mobiles (''core'', ''jaw lobe'', ''clamp'' et ''shelf).'' <ref>{{Citation d'un article|prénom1=P.|nom1=Cramer|titre=Structural Basis of Transcription: RNA Polymerase II at 2.8 Angstrom Resolution|périodique=Science|volume=292|numéro=5523|date=2001-04-19|issn=0036-8075|issn2=1095-9203|doi=10.1126/science.1059493|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1126/science.1059493|consulté le=2020-08-06|pages=1863–1876}}</ref> Le premier module, appelé le ''core'', correspond à la moitié de la masse de l’enzyme et à l’endroit où l’ADN s’insère, et au site catalytique. Dans ce module, un tunnel est aussi présent et correspond à la porte d’entrer aux nucléotides dans le site actif ainsi que de porte de sortie pour l’ARN synthétisé lorsque l’ARNPII effectue une marche en arrière (''backtrack'').


Des problèmes préoccupants surgissent lorsque RNAP fait une mauvaise transcription, également connue sous le nom d'infidélité de transcription. Cependant, ce domaine de recherche a été difficile à étudier car l'erreur de traduction est significativement plus élevée, obscurcissant les résultats phénotypiques. lecture des cadres.<ref name=":7">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23223236</ref><ref name=":0" />
Le second module est le ''clamp'' correspond au pouce de la pince de crabe. Il est attaché au ''cleft'', ce qui permet un mouvement de 14 Å du ''clamp'' afin que celui-ci se referme sur le ''cleft.'' <ref>{{Citation d'un article|prénom1=P A|nom1=Kolodziej|prénom2=N|nom2=Woychik|prénom3=S M|nom3=Liao|prénom4=R A|nom4=Young|titre=RNA polymerase II subunit composition, stoichiometry, and phosphorylation.|périodique=Molecular and Cellular Biology|volume=10|numéro=5|date=1990-05|issn=0270-7306|issn2=1098-5549|doi=10.1128/mcb.10.5.1915|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1128/mcb.10.5.1915|consulté le=2020-08-06|pages=1915–1920}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Kentaro|nom1=Kayukawa|prénom2=Yasutaka|nom2=Makino|prénom3=Shingo|nom3=Yogosawa|prénom4=Taka-aki|nom4=Tamura|titre=A serine residue in the N-terminal acidic region of rat RPB6, one of the common subunits of RNA polymerases, is exclusively phosphorylated by casein kinase II in vitro|périodique=Gene|volume=234|numéro=1|date=1999-06|issn=0378-1119|doi=10.1016/s0378-1119(99)00164-x|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/s0378-1119(99)00164-x|consulté le=2020-08-06|pages=139–147}}</ref>. De plus, à la base du ''clamp'', on retrouve une cavité correspondant au canal de sortie de l’ARN synthétisé. La région au bout de la pince appelée ''jaws'' est divisée en deux modules, soit le ''jaw lobe'' et le ''shelf''. Ces deux modules servent à agripper l’ADN lorsque le ''clamp'' est refermé sur celui-ci.


== Cellulaire ==
Des éléments intéressants du site actif ont aussi été observés et permettent de comprendre le mécanisme de transcription de l’ARNPII. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=A. L.|nom1=Gnatt|titre=Structural Basis of Transcription: An RNA Polymerase II Elongation Complex at 3.3 A Resolution|périodique=Science|volume=292|numéro=5523|date=2001-04-19|issn=0036-8075|issn2=1095-9203|doi=10.1126/science.1059495|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1126/science.1059495|consulté le=2020-08-06|pages=1876–1882}}</ref> Le site actif se situe au font de la pince via le ''cleft'' et implique plusieurs boucles avec des rôles très précis dans la formation et le maintien de la bulle de transcription. Cette dernière correspond à une longueur d’environ 15 pairs de base (bp) d’ADN et de huit résidues pour l’hybride ADN-ARN. Comme attendu, deux ions Mg<sup>2+</sup> sont aussi présents. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Thomas A.|nom1=Steitz|titre=A mechanism for all polymerases|périodique=Nature|volume=391|numéro=6664|date=1998-01|issn=0028-0836|issn2=1476-4687|doi=10.1038/34542|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1038/34542|consulté le=2020-08-06|pages=231–232}}</ref> Ces derniers sont en interaction stable avec plusieurs acides aminés de l’ARNPII. Ces résidus sont importants dans la réaction catalytique de l’ARNPII, car ils servent à stabiliser l’état transitoire durant la formation du lien phosphodiester. <ref name=":2">{{Citation d'un article|prénom1=V.|nom1=Sosunov|titre=Unified two-metal mechanism of RNA synthesis and degradation by RNA polymerase|périodique=The EMBO Journal|volume=22|numéro=9|date=2003-05-01|issn=1460-2075|doi=10.1093/emboj/cdg193|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1093/emboj/cdg193|consulté le=2020-08-06|pages=2234–2244}}</ref>


Le RNAP est une enzyme très abondante qui catalyse la formation de liaisons phosphodiester reliant les nucléotides ensemble, produisant ensuite une chaîne linéaire. La chaîne d’ARN en croissance s’étend d’un nucléotide à la fois dans le sens 5 ’à 3’ en utilisant des nucléosides triphosphates (ATP, CTP, UTP et GTP) comme substrats. On estime qu'environ 20 nucléotides subissent une synthèse pour chaque gène avec plus d'un millier de transcrits formés en une heure à partir d'un gène. Contrairement à l'ADN polymérase, la RNAP a augmenté l'infidélité. Une erreur est commise tous les 10 000 nucléotides tandis que l'ADN polymérase fait une erreur tous les 10 000 000 nucléotides. Malgré une précision moindre, RNAP dispose d'un mécanisme de relecture. Le RNAP peut sauvegarder, exciser le ribonucléotide mal incorporé et insérer le ribonucléotide approprié.<ref name=":0" />
La synthèse de l’ARN peut se décrire en quatre étapes en forme de cycle qui requièrent un réarrangement global du site actif. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Vladimir|nom1=Svetlov|prénom2=Evgeny|nom2=Nudler|titre=Jamming the ratchet of transcription|périodique=Nature Structural & Molecular Biology|volume=15|numéro=8|date=2008-08|issn=1545-9993|issn2=1545-9985|doi=10.1038/nsmb0808-777|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1038/nsmb0808-777|consulté le=2020-08-06|pages=777–779}}</ref>
# La première consiste à la sélection du [[Nucléotide triphosphate|nucléotide triphosphate]] (NTP). La molécule s’accroche dans un site transitoire qui est libéré, puis le ''trigger'' se déplace sur ce site afin de le fermer, ce qui a pour but de positionner le NTP. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Dmitry G.|nom1=Vassylyev|prénom2=Marina N.|nom2=Vassylyeva|prénom3=Jinwei|nom3=Zhang|prénom4=Murali|nom4=Palangat|titre=Structural basis for substrate loading in bacterial RNA polymerase|périodique=Nature|volume=448|numéro=7150|date=2007-06-20|issn=0028-0836|issn2=1476-4687|doi=10.1038/nature05931|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1038/nature05931|consulté le=2020-08-06|pages=163–168}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Hubert|nom1=Kettenberger|prénom2=Karim-Jean|nom2=Armache|prénom3=Patrick|nom3=Cramer|titre=Complete RNA Polymerase II Elongation Complex Structure and Its Interactions with NTP and TFIIS|périodique=Molecular Cell|volume=16|numéro=6|date=2004-12|issn=1097-2765|doi=10.1016/j.molcel.2004.11.040|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2004.11.040|consulté le=2020-08-06|pages=955–965}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Florian|nom1=Brueckner|prénom2=Julio|nom2=Ortiz|prénom3=Patrick|nom3=Cramer|titre=A movie of the RNA polymerase nucleotide addition cycle|périodique=Current Opinion in Structural Biology|volume=19|numéro=3|date=2009-06|issn=0959-440X|doi=10.1016/j.sbi.2009.04.005|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.sbi.2009.04.005|consulté le=2020-08-06|pages=294–299}}</ref> Dans le cas d’un mauvais NTP, le ''trigger'' reste ouvert. Il est aussi important de noter que le site actif possède une affinité au moins 5000 fois plus grande pour les NTP que pour les [[désoxyribonucléotides]] (dNTP). <ref name=":3">{{Citation d'un article|prénom1=Craig D.|nom1=Kaplan|prénom2=Karl-Magnus|nom2=Larsson|prénom3=Roger D.|nom3=Kornberg|titre=The RNA Polymerase II Trigger Loop Functions in Substrate Selection and Is Directly Targeted by α-Amanitin|périodique=Molecular Cell|volume=30|numéro=5|date=2008-06|issn=1097-2765|doi=10.1016/j.molcel.2008.04.023|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2008.04.023|consulté le=2020-08-06|pages=547–556}}</ref>
# La deuxième étape correspond à l’ajout du NTP à la fin 3’ de l’ARN naissant à l’aide d’une réaction nucléophile par l’ion Mg<sup>2+</sup>. <ref name=":2" /> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=T.|nom1=Steitz|prénom2=S.|nom2=Smerdon|prénom3=J|nom3=Jager|prénom4=C.|nom4=Joyce|titre=A unified polymerase mechanism for nonhomologous DNA and RNA polymerases|périodique=Science|volume=266|numéro=5193|date=1994-12-23|issn=0036-8075|issn2=1095-9203|doi=10.1126/science.7528445|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1126/science.7528445|consulté le=2020-08-06|pages=2022–2025}}</ref>
# L’étape suivante se résume au relâchement d’un pyrophosphate du NTP à l’aide du métal B, ce qui a pour effet de forcer un réarrangement du ''trigger'' pour le mettre dans une position ouverte. <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Elio A.|nom1=Abbondanzieri|prénom2=William J.|nom2=Greenleaf|prénom3=Joshua W.|nom3=Shaevitz|prénom4=Robert|nom4=Landick|titre=Direct observation of base-pair stepping by RNA polymerase|périodique=Nature|volume=438|numéro=7067|date=2005-11|issn=0028-0836|issn2=1476-4687|doi=10.1038/nature04268|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1038/nature04268|consulté le=2020-08-06|pages=460–465}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Michael|nom1=Feig|prénom2=Zachary F.|nom2=Burton|titre=RNA Polymerase II with Open and Closed Trigger Loops: Active Site Dynamics and Nucleic Acid Translocation|périodique=Biophysical Journal|volume=99|numéro=8|date=2010-10|issn=0006-3495|doi=10.1016/j.bpj.2010.08.010|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.bpj.2010.08.010|consulté le=2020-08-06|pages=2577–2586}}</ref>
# Enfin, la dernière étape est la translocation de l’ARNPII sur l’ADN afin de libérer le bout 3’ de l’ARN. Comme le site catalytique est bloqué par le nouveau NTP ajouté, il y a un changement de conformation à la fois du ''bridge'' et du ''trigger'' qui permet le mouvement. <ref name=":3" /> <ref name=":4">{{Citation d'un article|prénom1=Florian|nom1=Brueckner|prénom2=Patrick|nom2=Cramer|titre=Structural basis of transcription inhibition by α-amanitin and implications for RNA polymerase II translocation|périodique=Nature Structural & Molecular Biology|volume=15|numéro=8|date=2008-06-13|issn=1545-9993|issn2=1545-9985|doi=10.1038/nsmb.1458|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1038/nsmb.1458|consulté le=2020-08-06|pages=811–818}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=D. A.|nom1=Bushnell|prénom2=P.|nom2=Cramer|prénom3=R. D.|nom3=Kornberg|titre=Structural basis of transcription:  -Amanitin-RNA polymerase II cocrystal at 2.8 A resolution|périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=99|numéro=3|date=2002-01-22|issn=0027-8424|issn2=1091-6490|doi=10.1073/pnas.251664698|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1073/pnas.251664698|consulté le=2020-08-06|pages=1218–1222}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Xue Q.|nom1=Gong|prénom2=Yuri A.|nom2=Nedialkov|prénom3=Zachary F.|nom3=Burton|titre=α-Amanitin Blocks Translocation by Human RNA Polymerase II|périodique=Journal of Biological Chemistry|volume=279|numéro=26|date=2004-04-19|issn=0021-9258|issn2=1083-351X|doi=10.1074/jbc.m402163200|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1074/jbc.m402163200|consulté le=2020-08-06|pages=27422–27427}}</ref> <ref>{{Citation d'un article|prénom1=Dong|nom1=Wang|prénom2=David A.|nom2=Bushnell|prénom3=Kenneth D.|nom3=Westover|prénom4=Craig D.|nom4=Kaplan|titre=Structural Basis of Transcription: Role of the Trigger Loop in Substrate Specificity and Catalysis|périodique=Cell|volume=127|numéro=5|date=2006-12|issn=0092-8674|doi=10.1016/j.cell.2006.11.023|lire en ligne=http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2006.11.023|consulté le=2020-08-06|pages=941–954}}</ref>


== Moléculaire ==
== Erreurs de transcription ==


RNAP est une enzyme à plusieurs sous-unités qui contient à la fois des interactions protéine-protéine ainsi que des interactions protéine-ADN. Les facteurs de spécificité du RNAP bactérien, sigma, contiennent quatre régions distinctes: région 1, région 2, région 3 et région 4. À l'exception des facteurs sigma appartenant à la famille sigma54, tous les facteurs sigma contiennent une région 2 et une région 4 très conservées tandis que certaines contiennent également en plus une région conservée 3.<ref name=":2" /> Ces régions sont vitales car elles permettent au noyau de reconnaître des promoteurs spécifiques, permettant une régulation positive et / ou une régulation négative différentielle à des moments particuliers. Ces éléments promoteurs comprennent les éléments UP, l'élément -35 et le motif -10 étendu. Les domaines C-terminaux attachés des sous-unités alpha interagissent avec les éléments UP qui sont des séquences riches en AT situées de -40 à -60 par rapport au site de début de transcription +1.<ref name=":8">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10892647</ref><ref name=":9">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8248780</ref> La région 4.2 de sigma interagit avec l'élément -35, qui est une séquence -35 TTGACA-30 hautement conservée.<ref name=":10">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11931761</ref> Region 3.0 interagit avec la séquence -10 étendue qui est une -15TGn-13 ainsi que la paire de base la plus en amont, la -12 T de l'élément -10.<ref name=":11">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12016307</ref> Region 2.4 interagit avec l'élément -10, qui est une séquence hautement conservée composée de -12 TATAAT -7.<ref name=":11" /><ref name=":0" />
Des problèmes préoccupants surviennent lorsque l'ARNP fait une mauvaise transcription, aussi connue sous le nom d'infidélité de la transcription. Cependant, ce domaine de recherche a été difficile à étudier car l'erreur de traduction est significativement plus élevée, obscurcissant les résultats phénotypiques. <ref name=":7">{{Citation d'un article|prénom1=Yan Ning|nom1=Zhou|prénom2=Lucyna|nom2=Lubkowska|prénom3=Monica|nom3=Hui|prénom4=Carolyn|nom4=Court|titre=Isolation and characterization of RNA polymerase rpoB mutations that alter transcription slippage during elongation in Escherichia coli|périodique=The Journal of Biological Chemistry|volume=288|numéro=4|date=2013-01-25|issn=1083-351X|pmid=23223236|pmcid=3554936|doi=10.1074/jbc.M112.429464|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23223236/|consulté le=2020-08-06|pages=2700–2710}}</ref> Parallèlement à la mauvaise incorporation de [[ribonucléotides]], un autre mécanisme d'infidélité de la transcription implique un glissement de l'ARNP lors de l'élongation en présence de séquence A/T riches, perturbant ainsi les cadres de lecture.


Parallèlement aux interactions sigma-ADN, sigma établit également divers contacts protéiques étendus avec le RNAP de base. Les interactions importantes incluent les résidus dans les régions 2.1 et 2.2 avec la sous-unité beta prime ainsi que les résidus avec la région 3.2 qui traversent un canal composé de beta et beta prime.<ref name=":12">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12581657</ref> Les régions 4.1 et 4.2 interagissent avec le volet bêta, un domaine au sein de la beta sous-unité, tandis que la pointe du volet bêta entre en contact avec l'extrême extrémité C (connue sous le nom d'hélice 5) du facteur sigma.<ref name=":13">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11823642</ref> Fait intéressant, les facteurs sigma primaires contiennent une région fortement chargée 1.1, qui interagit avec la fente principale bêta et bêta et agit comme un imitateur d'ADN, aidant à maintenir l'ADN qui est en aval du site de départ de la transcription.<ref name=":14">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11893332</ref><ref name=":0" />
Contrairement à l'ADN polymérase, l'ARNP engendre davantage d'erreur de synthèse. En effet, une erreur est commise tous les 10 000 nucléotides tandis que l'ADN polymérase fait une erreur à tous les 10 000 000 nucléotides. Malgré une précision moindre, l'ARNP dispose d'un mécanisme de relecture. L'ARNP peut effectuer une marche en arrière (''backtrack''), exciser le ribonucléotide mal incorporé et insérer le nucléotide approprié. <ref name=":0" />


La structure globale du RNAP ressemble à celle d'une pince de crabe. Les sous-unités bêta et bêta principale forment deux structures opposées en forme de pince, bordant le canal principal.<ref name=":15">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12000971</ref><ref name=":16">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26349032</ref> La plus grande de la pince, la sous-unité bêta principale, contient un domaine très mobile qui peut s'articuler autour d'une région flexible; ceci est connu comme la région de commutation et a cinq éléments discrets SW1-SW5.<ref name=":17">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18957204</ref> Une fente entre les deux pinces abrite le site catalytique RNAP qui contient un ion magnésium.<ref name=":18">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8341661</ref> Menant à ce site actif catalytique sont deux canaux. Le canal principal contient l'hybride ADN-ARN ainsi que l'ADN en aval, tandis que le canal secondaire prouve l'accès aux substrats NTP ainsi qu'à l'ARN naissant.<ref name=":19">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22726433</ref><ref name=":0" />
== Importance clinique ==


== Fonction ==
=== Test biomédical ===


La fonction du RNAP est de transcrire l'ADN en ARN. L'ADN brin matrice est lu de 3 'à 5' tandis que la synthèse d'ARN se produit de 5 'à 3'. De nombreux types d'ARN différents sont produits: ARNm, ARNt, ARNr, ARNs, snoRNA et autres ARN non codants.<ref name=":0" />
Les anticorps anti-ARNP peuvent être achetés commercialement et sont couramment utilisés dans les laboratoires pour détecter la présence des sous-unités des différents ARNP.  


== Mécanisme ==
De plus, les anticorps de l'ARNPIII sont considérés comme hautement sensibles et spécifiques à la [[Sclérodermie systémique|sclérodermie systémique]] ou à la [[sclérodermie]] et sont également associés à la [[Sclérodermie cutanée diffuse|sclérodermie cutanée diffuse]] et à la [[Crise rénale de la sclérodermie|crise rénale de la sclérodermie]]. Au sein de la population de sclérodermie cutanée diffuse, la présence d'anticorps contre l'ARNPIII est en corrélation avec une diminution du temps d'apparition des symptômes initiaux et un pic d'épaississement cutané. <ref name=":26">{{Citation d'un article|prénom1=Elina G.|nom1=Wirz|prénom2=Veronika K.|nom2=Jaeger|prénom3=Yannick|nom3=Allanore|prénom4=Gabriela|nom4=Riemekasten|titre=Incidence and predictors of cutaneous manifestations during the early course of systemic sclerosis: a 10-year longitudinal study from the EUSTAR database|périodique=Annals of the Rheumatic Diseases|volume=75|numéro=7|date=07 2016|issn=1468-2060|pmid=26232495|doi=10.1136/annrheumdis-2015-207271|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26232495/|consulté le=2020-08-06|pages=1285–1292}}</ref> Ainsi, les patients porteurs d'anticorps anti-ARNPIII courent un risque plus élevé de développer une crise rénale sclérodermique. <ref name=":27">{{Citation d'un article|prénom1=Masataka|nom1=Kuwana|titre=A To-Do List at Diagnosis of Systemic Sclerosis with Positive Anti-RNA Polymerase III Antibodies|périodique=The Journal of Rheumatology|volume=44|numéro=5|date=05 2017|issn=0315-162X|pmid=28461517|doi=10.3899/jrheum.170037|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28461517/|consulté le=2020-08-06|pages=550–552}}</ref>


Le mécanisme de RNAP de transcription de l'ADN en ARN est hautement conservé chez les procaryotes, les archées et les eucaryotes. Pour commencer le processus de transcription bactérienne, avec la polymérase de base, un facteur de spécificité supplémentaire est également nécessaire. Ces protéines de spécificité reconnaissent certains éléments de l'ADN promoteur et déterminent le site de départ de la transcription. Chez les bactéries, ces facteurs de spécificité portent le nom de sous-unités sigma. Sigma et le noyau forment le RNAP bactérien. Bien que la recherche ait maintenant identifié des centaines de sigma, le principal facteur sigma, sigma70 dans Escherichia coli ou sigma A dans d'autres bactéries, est responsable de la croissance exponentielle et de la régulation des gènes de ménage.<ref name=":20">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14527287</ref> D'autres facteurs sigma alternatifs sont utilisés pendant les périodes de stress et / ou différentes conditions de croissance.<ref name=":20" /><ref name=":0" />
=== Pathologies en lien avec l'ARN polymérase ===


Pour initier le processus de transcription bactérienne, sigma et le noyau se lient d'abord à l'ADN double brin. <ref name=":21">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19119427</ref><ref name=":2" /> Les domaines C-terminaux des sous-unités alpha interagissent tous les deux avec les éléments UP, les interactions de la région 4.2 avec le -35 et la région 3.0 interagit avec le étendu -10.<ref name=":2" /> Ces interactions entre le noyau et l'ADN promoteur sont très instables et de courte durée, formant un produit appelé le complexe fermé instable (RPc) .<ref name=":21" /> L'idée est que l'ADN double brin se trouve sur la face du RNAP. RPc passe rapidement au complexe ouvert stable (RPo) où l'ADN se décompresse, se plie d'environ 90 degrés et forme une bulle de -11/12 à environ +5 par rapport au site de début de transcription +1.<ref name=":21" /><ref name=":22">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21371479</ref> Parallèlement aux changements d'ADN, il y a sont également des changements majeurs de conformation des protéines au sein de la polymérase: la région 1.1 se déplace en aval pour entrer dans ce canal principal bêta et bêta et la pince bêta principale subit de grands changements de conformation, permettant à l'ADN en aval d'être entièrement sécurisé.<ref name=":22" /> noyau, conduisant à la synthèse de l'ARN et formant un complexe appelé le complexe initiateur (RPi). Ces produits à base d'ARN sont très courts et sont également appelés abortifs. Une fois que les abortifs atteignent une certaine taille, ils peuvent finalement pousser la région 3.2 hors de sa position actuelle dans le canal de sortie de l'ARN.<ref name=":23">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12213652</ref> Ce changement ouvre ainsi le canal de sortie de l'ARN, conduisant à la libération du facteur sigma et de l'ARN. La polymérase de base continue de se déplacer le long de l'ADN brin matrice jusqu'à ce qu'elle atteigne le site de terminaison. Dans la terminaison Rho-dépendante, un facteur appelé Rho est responsable de la perturbation du complexe d'ADN RNAP / ARN / matrice tandis que dans la terminaison Rho-indépendante, une boucle se forme à la fin de la molécule d'ARN, permettant à RNAP de tomber.<ref name=":24">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3527045</ref><ref name=":0" />
Les maladies les plus connues qui ont un lien avec l'ARN polymérase résultent de mutations fonctionnelles dans les ribosomes ou dans les facteurs associés à l'ARNPI. <ref name=":28">{{Citation d'un article|prénom1=K. M.|nom1=Hannan|prénom2=E.|nom2=Sanij|prénom3=L. I.|nom3=Rothblum|prénom4=R. D.|nom4=Hannan|titre=Dysregulation of RNA polymerase I transcription during disease|périodique=Biochimica Et Biophysica Acta|volume=1829|numéro=3-4|date=2013-03|issn=0006-3002|pmid=23153826|pmcid=3594452|doi=10.1016/j.bbagrm.2012.10.014|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23153826/|consulté le=2020-08-06|pages=342–360}}</ref> Ces maladies sont appelées [[ribosomopathies]] et comprennent<ref name=":28" /> :
* l'[[Anémie Diamond-Blackfan|anémie Diamond-Blackfan]]
* le [[Syndrome 5q moins|syndrome 5q moins]]
* le [[Syndrome de Treacher Collins|syndrome de Treacher Collins]]
* et le [[Syndrome de Blooms et Werner|syndrome de Blooms et Werner]].
Il existe également d'autres ribosomopathies associées à des mutations affectant le traitement et la modification de l'ARN, dont :  
* le [[Syndrome de Shwachman-Diamond|syndrome de Shwachman-Diamond]]
* la [[Dyskératose congénitale|dyskératose congénitale]]
* l'[[Hypoplasie des cheveux cartilagineux|hypoplasie des cheveux cartilagineux]]
* la [[Cirrhose infantile des Indiens d'Amérique du Nord|cirrhose infantile des Indiens d'Amérique du Nord]]
* le [[Syndrome de Bowen-Conradi|syndrome de Bowen-Conradi]]
* le [[Syndrome ANE|syndrome ANE]].
Malheureusement, les ribosomopathies sont rares donc très peu étudiées et le traitement est généralement palliatif plutôt que curatif. <ref name=":28" />  


== Test ==
=== Antibiotique ===


Les anticorps anti-RNAP peuvent être achetés dans le commerce et sont couramment utilisés dans les laboratoires pour détecter la présence de sous-unités RNAP. De plus, les anticorps anti-RNAP III sont considérés comme hautement sensibles et spécifiques à la sclérodermie systémique ou à la sclérodermie et sont également associés à la sclérodermie cutanée diffuse et à la crise rénale de la sclérodermie. avec une diminution du temps d'apparition des premiers symptômes et du pic d'épaississement de la peau.<ref name=":26">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26232495</ref> Ainsi, les patients avec des anticorps anti-RNAP III sont plus à risque de développer une crise rénale sclérodermique.<ref name=":27">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28461517</ref> de la sclérodermie systémique, allant de 14% à 51% .<ref name=":27" /><ref name=":0" />
La prévention de l'expression des gènes est l'un des moyens par lesquels les antibiotiques peuvent tuer les bactéries. La transcription étant un processus essentiel pour tous les organismes. Ainsi, le mécanisme de transcription est une cible extrêmement attrayante pour le développement de nouveaux antibiotiques. La [[rifampicine]] est un antibiotique couramment utilisé contre ''Mycobacterium tuberculosis''. Appartenant à la classe d'antibiotiques [[ansamycine]], la rifampicine se lie à la sous-unité bêta de l'ARNP au sein du canal ADN/ARN et empêche la formation de la deuxième ou troisième liaison phosphodiester, bloquant par la suite la synthèse d'ARN. Cependant, les bactéries ont rapidement évolué pour développer une résistance à la rifampicine. Les mutations au sein de la sous-unité bêta de l'ARNP (S531L, H526Y et D516V) représentent respectivement environ 41, 36 et 9% des souches de tuberculose résistantes.<ref name=":31">{{Citation d'un article|prénom1=W. R.|nom1=McClure|prénom2=C. L.|nom2=Cech|titre=On the mechanism of rifampicin inhibition of RNA synthesis|périodique=The Journal of Biological Chemistry|volume=253|numéro=24|date=1978-12-25|issn=0021-9258|pmid=363713|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/363713/|consulté le=2020-08-06|pages=8949–8956}}</ref> D'autres antibiotiques qui bloquent la synthèse d'ARN incluent la [[sorangicine]] et la [[GE23077]].<ref name=":32">{{Citation d'un article|prénom1=Hamed|nom1=Mosaei|prénom2=John|nom2=Harbottle|titre=Mechanisms of antibiotics inhibiting bacterial RNA polymerase|périodique=Biochemical Society Transactions|volume=47|numéro=1|date=02 28, 2019|issn=1470-8752|pmid=30647141|doi=10.1042/BST20180499|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30647141/|consulté le=2020-08-06|pages=339–350}}</ref>  
 
== Physiopathologie ==
 
Bien que les mutations dans le RNAP eucaryote ne soient pas uniquement impliquées dans la maladie, la dérégulation de la synthèse d'ARN ribosomique via le RNAP I a conduit à une variété de maladies différentes. Les maladies les plus reconnues résultent d'une perte de mutations fonctionnelles dans les ribosomes ou de facteurs associés à Pol I.<ref name=":28">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23153826</ref> Ces maladies sont appelées ribosomopathies et comprennent l'anémie Diamond-Blackfan, le syndrome 5q moins, le syndrome de Treacher Collins et le syndrome de Blooms et Werner. <ref name=":28" /> Il existe également d'autres ribosomopathies associées à des mutations affectant le traitement et la modification de l'ARN; ces maladies comprennent le syndrome de Shwachman-Diamond, la dyskératose congénitale, l'hypoplasie des cheveux cartilagineux, la cirrhose infantile des Indiens d'Amérique du Nord, le syndrome de Bowen-Conradi et l'alopécie, le syndrome neurologique et l'endocrinopathie (ANE). Malheureusement, les ribosomopathies sont rares, et le traitement est généralement palliatif plutôt que curatif.<ref name=":28" /><ref name=":0" />
 
== Importance clinique ==


La prévention de l'expression des gènes est l'un des moyens par lesquels les antibiotiques peuvent tuer les bactéries. La transcription étant un processus essentiel pour tous les organismes, le mécanisme de transcription est une cible extrêmement attrayante pour le développement de nouveaux antibiotiques. La rifampicine est un antibiotique couramment utilisé contre Mycobacterium tuberculosis. Appartenant à la classe d'antibiotiques ansamycine, la rifampicine se lie à la sous-unité bêta de RNAP au sein du canal ADN / ARN et empêche la formation de la deuxième ou troisième liaison phosphodiester, induisant la libération d'avortements courts et bloquant par la suite l'extension d'ARN naissant. les bactéries ont rapidement évolué pour développer une résistance à la rifampicine. Les mutations au sein de la sous-unité bêta de RNAP (S531L, H526Y et D516V) représentent respectivement environ 41, 36 et 9% des souches de tuberculose résistantes.<ref name=":31">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/363713</ref> D'autres antibiotiques qui bloquent l'extension de l'ARN naissant incluent la sorangicine et GE23077.<ref name=":32">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30647141</ref> Autre couramment utilisé l'antibiotique, la fidaxomicine, se lie également au Clostridium difficile RNAP. Au lieu de la sous-unité bêta, la fidaxomicine se lie à la région de commutation de RNAP.<ref name=":33">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29606590</ref> Cette liaison empêche la formation de RPo. Le mécanisme proposé est que la fidaxomicine empêche l'orientation spatiale correcte de la région 2 et de la région 4 pour la reconnaissance des éléments promoteurs du noyau -10 et -35, respectivement. ripostatin.<ref name=":32" /> Bien que très peu d'antibiotiques aient atteint le marché clinique, il existe également de nombreux autres antibiotiques qui inhibent la transcription en faisant varier les processus. La série SB-2 perturbe l'assemblage des holoenzymes, la pseudoridmycine est un analogue nucléosidique et les salinamides ciblent les éléments mobiles du canal principal.<ref name=":32" /><ref name=":0" />
Un autre antibiotique couramment utilisé est la [[fidaxomicine]]. Elle se lie également à l'ARNP de ''[[Clostridium difficile]]''. Au lieu de la sous-unité bêta, la fidaxomicine se lie à la région de commutation de l'enzyme.<ref name=":33">{{Citation d'un article|prénom1=Wei|nom1=Lin|prénom2=Kalyan|nom2=Das|prénom3=David|nom3=Degen|prénom4=Abhishek|nom4=Mazumder|titre=Structural Basis of Transcription Inhibition by Fidaxomicin (Lipiarmycin A3)|périodique=Molecular Cell|volume=70|numéro=1|date=04 05, 2018|issn=1097-4164|pmid=29606590|pmcid=6205224|doi=10.1016/j.molcel.2018.02.026|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29606590/|consulté le=2020-08-06|pages=60–71.e15}}</ref> Le mécanisme proposé est que la fidaxomicine induit un changement de structure de l'enzyme empêchant la reconnaissance des éléments aux promoteurs des gènes. D'autres antibiotiques qui ciblent également la région de commutation de l'ARNP comprennent les [[squaramides]], la [[myxopyronine]], la [[corallopyronine]] et la [[ripostatine]].<ref name=":32" /> Bien que très peu d'antibiotiques aient atteint le marché clinique, il existe également de nombreux autres antibiotiques qui inhibent la transcription par divers processus. La série SB-2 perturbe l'assemblage des holoenzymes, la [[pseudoridmycine]] est un analogue nucléosidique et les [[salinamides]] ciblent les éléments mobiles du canal principal de l'enzyme. <ref name=":32" />


Parallèlement à l'inhibition de la transcription procaryote, les chercheurs ont découvert plusieurs composés qui ciblent le RNAP eucaryote. L'actinomycine D est un antibiotique bactérien utilisé comme réactif antitumoral. Il intercale l'ADN, empêchant ainsi la progression des RNAP bactériens et eucaryotes I.<ref name=":35">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/5500970</ref><ref name=":36">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2410919</ref> Parallèlement à l'actinomycine D, d'autres produits chimiques inhibent également la transcription eucaryote. L'alpha-amanitine se lie à l'hélice du pont et à la boucle de déclenchement des RNAP II et III, empêchant l'incorporation de chaînes d'ARN naissantes, <ref name=":37">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8702941</ref><ref name=":38">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18552824</ref> tandis que la 8-hydroxyquinoléine chélate les cations bivalents, le manganèse et le magnésium, au sein du site actif de RNAP.<ref name=":39">https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/810137</ref>UNIQQ0000
Parallèlement à l'inhibition de la transcription procaryote, les chercheurs ont découvert plusieurs composés qui ciblent les ARNP des eucaryotes. L'actinomycine D est un antibiotique bactérien utilisé comme réactif antitumoral. Il intercale l'ADN, empêchant ainsi la progression des ARNP bactériens et de l'ARNPI des eucaryotes. <ref name=":35">{{Citation d'un article|prénom1=R. P.|nom1=Perry|prénom2=D. E.|nom2=Kelley|titre=Inhibition of RNA synthesis by actinomycin D: characteristic dose-response of different RNA species|périodique=Journal of Cellular Physiology|volume=76|numéro=2|date=1970-10|issn=0021-9541|pmid=5500970|doi=10.1002/jcp.1040760202|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/5500970/|consulté le=2020-08-06|pages=127–139}}</ref><ref name=":36">{{Citation d'un article|prénom1=H. M.|nom1=Sobell|titre=Actinomycin and DNA transcription|périodique=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=82|numéro=16|date=1985-08|issn=0027-8424|pmid=2410919|doi=10.1073/pnas.82.16.5328|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2410919/|consulté le=2020-08-06|pages=5328–5331}}</ref> Parallèlement à l'[[Actinomycine D|actinomycine D]], d'autres produits chimiques inhibent également la transcription eucaryote. L'[[alpha-amanitine]] se lie aux sites catalytiques de l'ARNPII et III, inhibant ainsi la synthèse de l'ARN, <ref name=":37">{{Citation d'un article|prénom1=M. D.|nom1=Rudd|prénom2=D. S.|nom2=Luse|titre=Amanitin greatly reduces the rate of transcription by RNA polymerase II ternary complexes but fails to inhibit some transcript cleavage modes|périodique=The Journal of Biological Chemistry|volume=271|numéro=35|date=1996-08-30|issn=0021-9258|pmid=8702941|doi=10.1074/jbc.271.35.21549|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8702941/|consulté le=2020-08-06|pages=21549–21558}}</ref> <ref name=":4" /> tandis que la [[8-hydroxyquinoléine]] chélate les cations bivalents, le manganèse et le magnésium, nécessaires au site catalytique de l'ARNP.<ref name=":39">{{Citation d'un article|prénom1=R. S.|nom1=Fraser|prénom2=J.|nom2=Creanor|titre=The mechanism of inhibition of ribonucleic acid synthesis by 8-hydroxyquinoline and the antibiotic lomofungin|périodique=The Biochemical Journal|volume=147|numéro=3|date=1975-06|issn=0264-6021|pmid=810137|pmcid=1165465|doi=10.1042/bj1470401|lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/810137/|consulté le=2020-08-06|pages=401–410}}</ref>


== Références ==
== Références ==
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Version du 17 août 2020 à 15:05

ARN polymérase (ARNP)
Concept

Informations
Terme anglais RNA polymerase
Spécialités Biochimie, Médecine génétique
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Essentielle à la survie cellulaire de tous les organismes, la transcription est le processus de synthèse de l'ARN à partir de l'ADN génomique. Au cœur de cette activité se retrouve une enzyme appelée ARN polymérase (ARNP). L'ARNP est présente dans tous les organismes vivants (bactéries, archées et eucaryotes) ainsi que dans de nombreux virus. Ces différentes ARNP partagent toutes des séquences et des structures protéiques, et des mécanismes moléculaires similaires. [1] La fonction de l'ARNP est de transcrire l'ADN en nombreux types d'ARN différents: ARNm, ARNt, ARNr, ARNs, snoRNA et d'autres ARN non codants. L'ADN brin matrice est lu dans le sens 3' à 5' tandis que la synthèse d'ARN se produit dans le sens 5' à 3'. Les ARNP sont des enzymes très abondantes qui catalysent la formation de liaisons phosphodiester reliant les ribonucléotides ensemble, produisant ensuite une chaîne linéaire. L'ARNP utilise des nucléosides triphosphates (rATP, rCTP, rUTP et rGTP) comme substrats.

Alors que les bactéries (procaryotes) et les archées ne contiennent qu'un seul ARNP, les eucaryotes en contiennent trois : l'ARN polymérase I (ARNPI), l'ARN polymérase II (ARNPII) et l'ARN polymérase III (ARNPIII). [1] Bien qu'il existe des différences drastiques entre ces trois enzymes, elles ont également de nombreuses similitudes. En effet, elles partagent trois sous-unités hautement conservées. Ainsi, les scientifiques ont pu déterminer de nombreuses structures et fonctions importantes des ARNP en étudiant les bactéries et les levures qui sont des organismes beaucoup plus simples.

Le pourcentage de transcrit d’ARN provenant de ces polymérases varie grandement d’une enzyme à l’autre. L’ARNPI transcrit environ 75 % de l’ARN total de la cellule, 10 % pour l’ARNPII et 15 % pour l’ARNPIII. [2] Les trois polymérases présentent une grande homologie entre elles. Elles contiennent respectivement 14, 12 et 17 sous-unités. Toutefois, même si l’ARNPII ne transcrit que pour 10 % de l’ARN total, c’est l’enzyme la plus étudiée des trois. Les informations acquises au fil du temps ont été effectué à partir de la levure Saccharomyces cerevisiae qui est l'organisme modèle dans ce champ d'étude. Ainsi dans la présente page, les informations sur le mécanisme de fonctionnement général de l'ARNP proviennent principalement de celles obtenues chez la levure.

Structure et mécanisme moléculaire

Les trois polymérases présentent une grande homologie entre elles. Elles contiennent respectivement 14, 12 et 17 sous-unités. Toutefois, même si l’ARNPII ne transcrit que pour 10 % de l’ARN total, c’est l’enzyme la plus étudiée des trois. Au tournant des années 2000, des avancements majeurs ont été effectués lorsque le structure tridimensionnelle de l’enzyme a été déterminée. Ces résultats ont grandement aidé et permis une meilleure compréhension de la transcription à l’échelle protéique et atomique.

La détermination de la structure de l’ARNPII a donc permis d’observer que la morphologie de l’enzyme est très similaire à celle observée avec l’ARN polymérase de la bactérie Thermus aquaticus, c’est-à-dire une forme en pince de crabe. [3] La surface de l’enzyme possède une charge totale négative, tandis que l’intérieur de la pince, correspondant à la surface de contact avec l’ADN, est de charge positive. L’enzyme peut être divisée en quatre modules mobiles (core, jaw lobe, clamp et shelf). [4] Le premier module, appelé le core, correspond à la moitié de la masse de l’enzyme et à l’endroit où l’ADN s’insère, et au site catalytique. Dans ce module, un tunnel est aussi présent et correspond à la porte d’entrer aux nucléotides dans le site actif ainsi que de porte de sortie pour l’ARN synthétisé lorsque l’ARNPII effectue une marche en arrière (backtrack).

Le second module est le clamp correspond au pouce de la pince de crabe. Il est attaché au cleft, ce qui permet un mouvement de 14 Å du clamp afin que celui-ci se referme sur le cleft. [5] [6]. De plus, à la base du clamp, on retrouve une cavité correspondant au canal de sortie de l’ARN synthétisé. La région au bout de la pince appelée jaws est divisée en deux modules, soit le jaw lobe et le shelf. Ces deux modules servent à agripper l’ADN lorsque le clamp est refermé sur celui-ci.

Des éléments intéressants du site actif ont aussi été observés et permettent de comprendre le mécanisme de transcription de l’ARNPII. [7] Le site actif se situe au font de la pince via le cleft et implique plusieurs boucles avec des rôles très précis dans la formation et le maintien de la bulle de transcription. Cette dernière correspond à une longueur d’environ 15 pairs de base (bp) d’ADN et de huit résidues pour l’hybride ADN-ARN. Comme attendu, deux ions Mg2+ sont aussi présents. [8] Ces derniers sont en interaction stable avec plusieurs acides aminés de l’ARNPII. Ces résidus sont importants dans la réaction catalytique de l’ARNPII, car ils servent à stabiliser l’état transitoire durant la formation du lien phosphodiester. [9]

La synthèse de l’ARN peut se décrire en quatre étapes en forme de cycle qui requièrent un réarrangement global du site actif. [10]

  1. La première consiste à la sélection du nucléotide triphosphate (NTP). La molécule s’accroche dans un site transitoire qui est libéré, puis le trigger se déplace sur ce site afin de le fermer, ce qui a pour but de positionner le NTP. [11] [12] [13] Dans le cas d’un mauvais NTP, le trigger reste ouvert. Il est aussi important de noter que le site actif possède une affinité au moins 5000 fois plus grande pour les NTP que pour les désoxyribonucléotides (dNTP). [14]
  2. La deuxième étape correspond à l’ajout du NTP à la fin 3’ de l’ARN naissant à l’aide d’une réaction nucléophile par l’ion Mg2+. [9] [15]
  3. L’étape suivante se résume au relâchement d’un pyrophosphate du NTP à l’aide du métal B, ce qui a pour effet de forcer un réarrangement du trigger pour le mettre dans une position ouverte. [16] [17]
  4. Enfin, la dernière étape est la translocation de l’ARNPII sur l’ADN afin de libérer le bout 3’ de l’ARN. Comme le site catalytique est bloqué par le nouveau NTP ajouté, il y a un changement de conformation à la fois du bridge et du trigger qui permet le mouvement. [14] [18] [19] [20] [21]

Erreurs de transcription

Des problèmes préoccupants surviennent lorsque l'ARNP fait une mauvaise transcription, aussi connue sous le nom d'infidélité de la transcription. Cependant, ce domaine de recherche a été difficile à étudier car l'erreur de traduction est significativement plus élevée, obscurcissant les résultats phénotypiques. [22] Parallèlement à la mauvaise incorporation de ribonucléotides, un autre mécanisme d'infidélité de la transcription implique un glissement de l'ARNP lors de l'élongation en présence de séquence A/T riches, perturbant ainsi les cadres de lecture.

Contrairement à l'ADN polymérase, l'ARNP engendre davantage d'erreur de synthèse. En effet, une erreur est commise tous les 10 000 nucléotides tandis que l'ADN polymérase fait une erreur à tous les 10 000 000 nucléotides. Malgré une précision moindre, l'ARNP dispose d'un mécanisme de relecture. L'ARNP peut effectuer une marche en arrière (backtrack), exciser le ribonucléotide mal incorporé et insérer le nucléotide approprié. [1]

Importance clinique

Test biomédical

Les anticorps anti-ARNP peuvent être achetés commercialement et sont couramment utilisés dans les laboratoires pour détecter la présence des sous-unités des différents ARNP.

De plus, les anticorps de l'ARNPIII sont considérés comme hautement sensibles et spécifiques à la sclérodermie systémique ou à la sclérodermie et sont également associés à la sclérodermie cutanée diffuse et à la crise rénale de la sclérodermie. Au sein de la population de sclérodermie cutanée diffuse, la présence d'anticorps contre l'ARNPIII est en corrélation avec une diminution du temps d'apparition des symptômes initiaux et un pic d'épaississement cutané. [23] Ainsi, les patients porteurs d'anticorps anti-ARNPIII courent un risque plus élevé de développer une crise rénale sclérodermique. [24]

Pathologies en lien avec l'ARN polymérase

Les maladies les plus connues qui ont un lien avec l'ARN polymérase résultent de mutations fonctionnelles dans les ribosomes ou dans les facteurs associés à l'ARNPI. [25] Ces maladies sont appelées ribosomopathies et comprennent[25] :

Il existe également d'autres ribosomopathies associées à des mutations affectant le traitement et la modification de l'ARN, dont :

Malheureusement, les ribosomopathies sont rares donc très peu étudiées et le traitement est généralement palliatif plutôt que curatif. [25]

Antibiotique

La prévention de l'expression des gènes est l'un des moyens par lesquels les antibiotiques peuvent tuer les bactéries. La transcription étant un processus essentiel pour tous les organismes. Ainsi, le mécanisme de transcription est une cible extrêmement attrayante pour le développement de nouveaux antibiotiques. La rifampicine est un antibiotique couramment utilisé contre Mycobacterium tuberculosis. Appartenant à la classe d'antibiotiques ansamycine, la rifampicine se lie à la sous-unité bêta de l'ARNP au sein du canal ADN/ARN et empêche la formation de la deuxième ou troisième liaison phosphodiester, bloquant par la suite la synthèse d'ARN. Cependant, les bactéries ont rapidement évolué pour développer une résistance à la rifampicine. Les mutations au sein de la sous-unité bêta de l'ARNP (S531L, H526Y et D516V) représentent respectivement environ 41, 36 et 9% des souches de tuberculose résistantes.[26] D'autres antibiotiques qui bloquent la synthèse d'ARN incluent la sorangicine et la GE23077.[27]

Un autre antibiotique couramment utilisé est la fidaxomicine. Elle se lie également à l'ARNP de Clostridium difficile. Au lieu de la sous-unité bêta, la fidaxomicine se lie à la région de commutation de l'enzyme.[28] Le mécanisme proposé est que la fidaxomicine induit un changement de structure de l'enzyme empêchant la reconnaissance des éléments aux promoteurs des gènes. D'autres antibiotiques qui ciblent également la région de commutation de l'ARNP comprennent les squaramides, la myxopyronine, la corallopyronine et la ripostatine.[27] Bien que très peu d'antibiotiques aient atteint le marché clinique, il existe également de nombreux autres antibiotiques qui inhibent la transcription par divers processus. La série SB-2 perturbe l'assemblage des holoenzymes, la pseudoridmycine est un analogue nucléosidique et les salinamides ciblent les éléments mobiles du canal principal de l'enzyme. [27]

Parallèlement à l'inhibition de la transcription procaryote, les chercheurs ont découvert plusieurs composés qui ciblent les ARNP des eucaryotes. L'actinomycine D est un antibiotique bactérien utilisé comme réactif antitumoral. Il intercale l'ADN, empêchant ainsi la progression des ARNP bactériens et de l'ARNPI des eucaryotes. [29][30] Parallèlement à l'actinomycine D, d'autres produits chimiques inhibent également la transcription eucaryote. L'alpha-amanitine se lie aux sites catalytiques de l'ARNPII et III, inhibant ainsi la synthèse de l'ARN, [31] [18] tandis que la 8-hydroxyquinoléine chélate les cations bivalents, le manganèse et le magnésium, nécessaires au site catalytique de l'ARNP.[32]

Références

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  6. ↑ Kentaro Kayukawa, Yasutaka Makino, Shingo Yogosawa et Taka-aki Tamura, « A serine residue in the N-terminal acidic region of rat RPB6, one of the common subunits of RNA polymerases, is exclusively phosphorylated by casein kinase II in vitro », Gene, vol. 234, no 1,‎ , p. 139–147 (ISSN 0378-1119, DOI 10.1016/s0378-1119(99)00164-x, lire en ligne)
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