Les ribosomes sont les organites responsables de la synthèse des protéines dans les cellules. Les chercheurs de LMU ont maintenant disséqué les premières étapes de leur assemblage et visualisé comment leurs composants d'ARN se replient correctement et trouvent leur place dans la structure en croissance.

Dans les cellules en croissance active, une grande variété de protéines doit être synthétisée en quantités très variables. Pour répondre à ces demandes, les usines à protéines de la cellule - les ribosomes - qui sont constituées de protéines et de plusieurs ARN doivent elles-mêmes être construites en nombre considérable. Une cellule de levure en croissance produit de l'ordre de 100, 000 ribosomes par heure, chacun composé d'environ 80 protéines ribosomiques et de quatre ARN ribosomiques (ARNr), répartis entre deux sous-unités distinctes qui interagissent fonctionnellement les unes avec les autres. En outre, l'assemblage ribosomique nécessite l'intervention d'environ 200 autres protéines qui servent de facteurs de biogenèse, qui ne font pas partie de la structure finale. Ces facteurs orchestrent la construction du ribosome et dirigent le repliement séquentiel des ARNr, qui fournit les sites de liaison appropriés pour l'insertion des protéines ribosomiques. Les chercheurs du LMU dirigés par le professeur Roland Beckmann, en coopération avec le groupe du professeur Ed Hurt à l'université de Heidelberg, ont maintenant déterminé, pour la première fois en détail en trois dimensions, comment les premières étapes de l'assemblage de la grande sous-unité se déroulent dans les cellules de levure. Les résultats paraissent dans la principale revue Cellule .

L'assemblage du ribosome commence dans une région spécialisée du noyau appelée nucléole, où trois des ARNr sont transcrits sous forme de grandes molécules précurseurs. Chaque molécule est traitée enzymatiquement pour produire les segments matures trouvés dans le ribosome fini. Deux d'entre eux, nommé 25S et 5.8S dans la levure, sont incorporés dans la grande sous-unité. Les étapes ultérieures du processus d'assemblage se produisent dans le nucléoplasme, avant que le ribosome encore incomplet ne soit exporté via les pores de la membrane nucléaire pour la maturation finale dans le cytoplasme. "Ce processus en plusieurs étapes reflète la nature extrêmement complexe de l'ensemble de l'opération, " dit Lukas Kater, l'auteur principal de l'étude. Afin d'élucider comment l'ARNr 25S est replié, l'équipe a purifié cinq complexes ribonucléoprotéiques du nucléole, et déterminé leurs structures par cryomicroscopie électronique. Chacun de ces complexes est associé à différents ensembles de facteurs de biogenèse et représente une étape discrète du processus d'assemblage. "Cette approche nous a permis d'identifier les fonctions de plusieurs des facteurs précoces de la biogenèse et de déterminer la séquence des étapes de repliement de l'ARN et de liaison aux protéines impliquées dans les premiers stades de l'assemblage de la grande sous-unité ribosomique dans le nucléole, " dit Kater.

Il s'avère que l'ARN précurseur 25S commence en fait à se replier des deux côtés, et non dans la séquence dans laquelle les domaines de repliement sont organisés dans la molécule linéaire. Les domaines I et II se replient en premier, suivi du domaine VI à l'autre extrémité de la molécule. Puis III, IV et V suivent, dans cet ordre. "Cela permet de générer une sorte d'"exosquelette" pour ce qui deviendra plus tard le centre catalytique (où les sous-unités d'acides aminés de chaque protéine sont liées ensemble dans le bon ordre) et le tunnel de sortie, par laquelle la chaîne protéique en croissance émerge du ribosome, " explique Beckmann. Lui et ses collègues prévoient maintenant d'étudier d'autres intermédiaires dans le processus d'assemblage pour obtenir une image plus détaillée de la phase de construction du ribosome qui a lieu dans le noyau.