Deux régulés dynamiquement

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4977 (2023) Citer cet article

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De nombreux virus à ARN utilisent des sites d'entrée internes du ribosome (IRES) dans leur ARN génomique pour réquisitionner la machinerie traductionnelle de l'hôte pour la réplication. L'IRES du virus de l'encéphalomyocardite (EMCV) interagit avec le facteur d'initiation de la traduction eucaryote 4 G (eIF4G), recrutant la sous-unité ribosomale pour la traduction. Ici, nous analysons la structure tridimensionnelle du complexe composé d'EMCV IRES, du fragment de domaine HEAT1 de eIF4G et de eIF4A, par cryomicroscopie électronique. Deux domaines distincts interagissant avec eIF4G sur l'IRES sont identifiés, et une formation complexe modifie l'angle entre eux. De plus, nous explorons la dynamique de ces domaines en utilisant la spectroscopie RMN en solution, révélant des équilibres conformationnels sur une échelle de temps allant de la microseconde à la milliseconde. Dans les conformations peu peuplées, le registre d'appariement de bases d'un domaine est décalé avec la transition structurelle de la jonction à trois voies, comme dans la structure complexe. Notre étude donne un aperçu de la stratégie sophistiquée de l'ARN viral pour un amarrage optimal afin de détourner la protéine hôte.

Les virus à ARN subvertissent la machinerie traductionnelle de l’hôte pour engager les ribosomes cellulaires, ce qui est essentiel pour favoriser la traduction du génome viral en vue de la réplication1,2,3,4. L’un de ces mécanismes utilise les sites d’entrée internes des ribosomes (IRES) dans les régions 5’ non traduites du génome de l’ARN, qui réquisitionnent la machinerie traductionnelle de l’hôte par le biais de multiples interactions ARN-ARN et/ou ARN-protéine. La régulation de la traduction dépendante de l'IRES est donc une étape critique pour l'infection et la réplication de ces virus, avec de multiples effets sur la virulence, le tropisme tissulaire et la pathogénicité2. De plus, certains ARNm cellulaires eucaryotes peuvent également capitaliser sur le mécanisme de traduction dépendant de l'IRES pour réguler des processus tels que le développement et les réponses aux stress cellulaires .

Les IRES sont des éléments d'ARN agissant en cis qui adoptent généralement des structures tridimensionnelles, soit pour interagir directement avec la sous-unité ribosomale 40S, soit pour engager des facteurs de traduction pour recruter la sous-unité 40S. Parmi les IRES identifiés jusqu'à présent, celui du virus de l'encéphalomyocardite (EMCV) de la famille des Picornaviridae présente l'une des efficacités de traduction les plus élevées et nécessite les facteurs d'initiation eucaryotes (eIF) 4G, 4A, 2 et 3 pour recruter la sous-unité 40S pour la traduction. initiation5. Cette exigence de l'IRES EMCV est similaire à celle de certains IRES cellulaires eucaryotes6,7, suggérant des similitudes mécanistiques avec leurs homologues eucaryotes. L'élément EMCV IRES interagit directement avec le domaine HEAT1 de eIF4G (eIF4GHEAT1), et cette interaction est encore renforcée lorsque eIF4GHEAT1 est en complexe avec eIF4A8,9 (Fig. 1a, b). Au sein de l'EMCV IRES, la région G680-C787, désignée JK-St dans cette étude, est responsable de la capture spécifique de eIF4GHEAT1. Nous avons précédemment déterminé la structure de cette région JK-St par spectroscopie RMN en solution9. Il est composé de deux tiges-boucles (domaines J et K) bifurquant à partir d'une tige de base (domaine St) (Fig. 1c). Au niveau de la jonction à trois voies, une séquence hautement conservée de six adénosines forme une courte tige-boucle, appelée ASL, qui interagit avec les domaines J, K et St au niveau de la partie jonctionnelle. À l’aide d’essais biochimiques, plusieurs sites d’interaction sur JK-St ou eIF4GHEAT1 ont été rapportés10,11,12. Bien que eIF4GHEAT1 se lierait aux ARN cellulaires13,14, l'interaction entre JK-St et eIF4GHEAT1 est plus forte et plus spécifique à la séquence et/ou à la structure15, ce qui suggère que JK-St a évolué pour capturer spécifiquement eIF4GHEAT1. Cependant, le mécanisme structurel par lequel la région JK-St reconnaît spécifiquement eIF4GHEAT1 reste largement inconnu. Les protéines typiques de liaison à l'ARN utilisent des interfaces où des résidus chargés positivement tels que l'arginine ou la lysine, et/ou des résidus aromatiques tels que la tyrosine ou la phénylalanine, sont regroupés et alignés pour la reconnaissance spécifique des molécules d'ARN cibles16,17,18. Cependant, eIF4GHEAT1 manque de groupes de tels résidus (Fig. 1 supplémentaire), ce qui est corroboré par la prédiction des résidus de liaison à l'ARN dans eIF4GHEAT1 à partir des analyses de structure et/ou de séquence qui n'identifient aucune interface de liaison à l'ARN . De plus, afin de détourner et d'exploiter le système de traduction de l'hôte, l'ARN viral IRES doit se lier à eIF4GHEAT1 sans perturber sa fonction innée de traduction ; à savoir, recruter eIF4A. Pour remplir cette condition, JK-St devrait se lier à eIF4GHEAT1 sans entrer en compétition avec eIF4A, ce qui restreint davantage les sites de liaison possibles sur eIF4GHEAT1.