A propos de l'origine de la vie, j'ai abordé l'hypothèse d'un monde ARN, antérieur au monde ADN que nous connaissons aujourd'hui. L'actualité scientifique met en lumière ces macromolécules essentielles du vivant (1).
En effet, le prix Nobel de chimie 2009 a été attribué à l'Israélienne Ada Yonath (Institut des sciences Weizmann, Jérusalem), à l'Américain d'origine indienne Venkatraman Ramakrishnan (Laboratoire de biologie moléculaire, Cambridge) et à l'Américain Thomas Steitz (Institut médical Howard Hugues, Université de Yale, Etats-Unis) pour des travaux portant sur la structure et le fonctionnement des ribosomes, des acteurs essentiels de la synthèse des protéines.
Le ribosome est un complexe macromoléculaire ARN-protéines responsable de la synthèse protéique dans la cellule. La masse moléculaire d'un tel complexe est considérable : environ 2,7 mega daltons pour les procaryotes et 4,5 mega daltons pour les eucaryotes (ce qui représente plusieurs centaines de milliers d’atomes).
Le ribosome est comparable à une usine à protéines. Il permet à la fois de lire l'ARN messager (c'est-à-dire, en quelque sorte, le messager de notre information génétique) et de le traduire afin de fabriquer la protéine correspondante.
La synthèse des protéines à partir de l’information codée par les gènes s’effectue en deux étapes et fait intervenir des machines moléculaires complexes constituées de plusieurs composants. La première étape, appelée transcription, est effectuée par l’ARN polymérase dont le rôle est de fabriquer des ARNs messagers homologues au gène à exprimer. La deuxième étape, la traduction, convertit l’information séquentielle contenue dans les ARN messagers en protéines.
Celle-ci est réalisée par le ribosome.
La traduction est un phénomène d’une extrême complexité : le ribosome comporte deux parties qui doivent s’assembler très précisément au site d’initiation de la synthèse protéique; les acides
aminés (qui constituent les maillons de la protéine) doivent être amenés sur le ribosome et être assemblés selon l’ordre déterminé par l’ARN messager; puis lorsque le signal adéquat apparaît sur
l’ARN messager la synthèse doit se terminer aussitôt.
Pour réaliser toutes ces tâches, le ribosome est assisté de nombreuses protéines et dispose à sa surface de différents sites fonctionnels : site actif où sera formée la liaison peptidique, sites de liaison pour les protéines qui apportent les acides aminés et
sites d’interactions pour des protéines qui aident le ribosome à débuter ou à finir la réaction. Par ailleurs la réaction s’accompagne de mouvements : le ribosome se déplace par rapport au
messager de manière synchrone à la réaction de synthèse et il se déforme de manière coordonnée à chaque cycle d’addition.
Pour comprendre le mécanisme de la synthèse des protéines, il faut donc décrypter le mode de fonctionnement du ribosome et étudier sa structure tri-dimensionnelle dans différents états du cycle
réactionnel. Parmi toutes les méthodes de détermination de structure de protéines disponibles, seule la diffraction des rayons X permet de déterminer la position des atomes, mais son champ d’application était
réduit aux protéines cristallisables.
Ces dernières années, des études fondées sur la diffraction de cristaux aux rayons X, sur la résonance magnétique nucléaire et sur la cryomicroscopie électronique ont permis d'obtenir une résolution à l'échelle atomique de la structure du ribosome bactérien et donc de comprendre les bases moléculaires de la synthèse des protéines.
Ces travaux, qui ont été couronnés par le prix Nobel (2), semblent confirmer que l'ARN ribosomique joue un rôle prépondérant dans la structure du ribosome ainsi que dans la formation de la liaison peptidique et le décodage du code génétique.
Ces résultats ouvrent la voie à la conception de nouveaux antibiotiques dirigés contre le ribosome bactérien et à d'autres thérapeutiques ayant pour cible la synthèse protéique.
En effet, environ la moitié des antibiotiques utilisés en thérapeutique (disposant de l'AMM) ont pour cible le ribosome bactérien. Ces antibiotiques se répartissent en plusieurs classes, de nature chimique et de mode d'action différents, mais la plupart interagissent avec l'ARN ribosomique.
La compréhension de l'action du ribosome doit aussi permettre à terme de mieux comprendre les mécanismes de création des êtres vivants.
(1) Présentation de l'Université de Sherbrooke sur la structure et les fonctions de l'ARN ICI
(2) Il faut noter qu'une équipe
française aurait pu être associé à cette récompense. Cela n'enlève rien à la qualité de leurs travaux. La course au Nobel se joue parfois au finish !