Ribonucléase

La ribonucléase (généralement abrégée en RNase ) est un type de nucléase qui catalyse la dégradation de l'ARN en composants plus petits. Les ribonucléases peuvent être divisées en endoribonucléases et exoribonucléases , et comprennent plusieurs sous-classes au sein des classes d'enzymes EC 2.7 (pour les enzymes phosphorolytiques) et 3.1 (pour les enzymes hydrolytiques).

Tous les organismes étudiés contiennent de nombreuses ARNases de deux classes différentes, ce qui montre que la dégradation de l'ARN est un processus très ancien et important. En plus de l'élimination de l'ARN cellulaire qui n'est plus nécessaire, les ARNases jouent un rôle clé dans la maturation de toutes les molécules d'ARN, à la fois les ARN messagers qui transportent le matériel génétique pour la fabrication des protéines et les ARN non codants qui fonctionnent dans divers processus cellulaires. De plus, les systèmes actifs de dégradation de l'ARN constituent la première défense contre les virus à ARN et fournissent le mécanisme sous-jacent à des stratégies immunitaires cellulaires plus avancées telles que l'ARNi .

Certaines cellules sécrètent également de grandes quantités d'ARNases non spécifiques telles que A et T1. Les ARNases sont donc extrêmement courantes, ce qui entraîne une durée de vie très courte pour tout ARN qui ne se trouve pas dans un environnement protégé. Tous les ARN intracellulaires sont protégés de l'activité ARNase par un certain nombre de stratégies, notamment le coiffage de l'extrémité 5' , la polyadénylation de l'extrémité 3' , la formation d'un duplex ARN·ARN et le repliement dans un complexe protéique ARN ( particule ribonucléoprotéique ou RNP).

Un autre mécanisme de protection est l'inhibiteur de ribonucléase (RI) , qui comprend une fraction relativement importante de protéines cellulaires (~ 0,1 %) dans certains types de cellules, et qui se lie à certaines ribonucléases avec la plus grande affinité de toutes les interactions protéine-protéine ; la constante de dissociation du complexe RI-RNase A est d'environ 20 fM dans des conditions physiologiques. L'IR est utilisé dans la plupart des laboratoires qui étudient l'ARN pour protéger leurs échantillons contre la dégradation par les ARNases environnementales.

Similaires aux enzymes de restriction , qui clivent des séquences très spécifiques d' ADN double brin , une variété d' endoribonucléases qui reconnaissent et clivent des séquences spécifiques d'ARN simple brin ont été récemment classées.

Les ARNases jouent un rôle essentiel dans de nombreux processus biologiques, notamment l'angiogenèse et l'auto-incompatibilité chez les plantes à fleurs (angiospermes). systèmes toxine-antitoxine procaryotes ont une activité et une homologie ARNase .

• EC 3.1.27.5 : La RNase A est une RNase couramment utilisée en recherche. La RNase A ( par exemple , la ribonucléase pancréatique bovine A : PDB : 2AAS ) est l'une des enzymes les plus résistantes utilisées en laboratoire ; une méthode pour l'isoler consiste à faire bouillir un extrait cellulaire brut jusqu'à ce que toutes les enzymes autres que la RNase A soient dénaturées . Elle est spécifique des ARN monocaténaires. Elle clive l'extrémité 3' des résidus C et U non appariés, formant finalement un produit 3'-phosphorylé via un intermédiaire monophosphate cyclique 2',3'. Elle ne nécessite aucun cofacteur pour son activité
• EC 3.1.26.4 : La RNase H est une ribonucléase qui clive l'ARN dans un duplex ADN/ARN pour produire de l'ADN simple brin. La RNase H est une endonucléase non spécifique et catalyse le clivage de l'ARN via un mécanisme hydrolytique, aidé par un ion métallique divalent lié à l'enzyme. La RNase H laisse un produit phosphorylé en 5'.
• EC 3.1.26.3 : La RNase III est un type de ribonucléase qui clive l'ARNr (ARNr 16s et ARNr 23s) de l'opéron d'ARN polycistronique transcrit chez les procaryotes. Elle digère également l'ARN double brin (ARNdb) de la famille Dicer d'ARNase, coupant le pré-miARN (60 à 70 pb de long) à un site spécifique et le transformant en miARN (22 à 30 pb), qui participe activement à la régulation de la transcription et de la durée de vie de l'ARNm.
• Numéro CE 3.1.26.-??: La RNase L est une nucléase induite par l'interféron qui, une fois activée, détruit tout l'ARN dans la cellule
• EC 3.1.26.5 : La RNase P est un type de ribonucléase qui est unique en ce sens qu'il s'agit d'un ribozyme , un acide ribonucléique qui agit comme catalyseur de la même manière qu'une enzyme . L'une de ses fonctions est de cliver une séquence leader de l'extrémité 5' d'un pré -ARNt à brin unique . La RNase P est l'un des deux ribozymes à renouvellement multiple connus dans la nature (l'autre étant le ribosome ). Chez les bactéries, la RNase P est également responsable de l'activité catalytique des holoenzymes, qui se composent d'une apoenzyme qui forme un système enzymatique actif par combinaison avec une coenzyme et détermine la spécificité de ce système pour un substrat. Une forme de RNase P qui est une protéine et ne contient pas d'ARN a récemment été découverte.
• Numéro CE 3.1.??: La RNase PhyM est une séquence spécifique des ARN monocaténaires. Elle coupe l'extrémité 3' des résidus A et U non appariés.
• EC 3.1.27.3 : La RNase T1 est une séquence spécifique des ARN monocaténaires. Elle clive l'extrémité 3' des résidus G non appariés.
• EC 3.1.27.1 : La RNase T2 est une séquence spécifique des ARN monocaténaires. Elle clive l'extrémité 3' des 4 résidus, mais préférentiellement l'extrémité 3' de l'As.
• EC 3.1.27.4 : La RNase U2 est une séquence spécifique des ARN monocaténaires. Elle clive l'extrémité 3' des résidus A non appariés.
• EC 3.1.27.8 : La RNase V est spécifique de l'ARN polyadénine et polyuridine.
• EC 3.1.26.12 : La RNase E est une ribonucléase d'origine végétale, qui module les réponses SOS chez les bactéries, pour une réponse au stress des dommages à l'ADN par l'activation du mécanisme SOS par la voie de transduction du signal dépendante de RecA/LexA qui déprime transcriptionnellement une multiplicité de gènes conduisant à l'arrêt du transit de la division cellulaire ainsi qu'à l'initiation de la réparation de l'ADN.
• EC 3.1.26.-: RNase G Elle intervient dans le traitement de l'extrémité 16' de l'ARNr 5s. Elle est liée à la séparation des chromosomes et à la division cellulaire. Elle est considérée comme l'un des composants des faisceaux de filaments axiaux cytoplasmiques. On pense également qu'elle peut réguler la formation de cette structure.

• Numéro CE CE 2.7.7.8 : La polynucléotide phosphorylase (PNPase) fonctionne comme une exonucléase ainsi que comme une nucléotidyltransférase .
• Numéro CE EC 2.7.7.56 : La RNase PH fonctionne à la fois comme une exonucléase et comme une nucléotidyltransférase .
• Numéro CE 3.1.??: La RNase R est un proche homologue de la RNase II, mais elle peut, contrairement à la RNase II, dégrader l'ARN avec des structures secondaires sans l'aide de facteurs accessoires.
• Numéro CE EC 3.1.13.5 : La RNase D est impliquée dans le traitement 3'-5' des pré -ARNt .
• Numéro CE 3.1.??: La RNase T est le principal contributeur à la maturation 3'-5' de nombreux ARN stables.
• EC 3.1.13.3 : L'oligoribonucléase dégrade les oligonucléotides courts en mononucléotides.
• EC 3.1.11.1 : L'exoribonucléase I dégrade l'ARN simple brin de 5' à 3', existe uniquement chez les eucaryotes.
• EC 3.1.13.1 : L'exoribonucléase II est un homologue proche de l'exoribonucléase I.

Le site actif ressemble à une vallée de rift où tous les résidus du site actif créent la paroi et le fond de la vallée. La faille est très fine et le petit substrat s'insère parfaitement au milieu du site actif, ce qui permet une interaction parfaite avec les résidus. Il présente en fait une petite courbure vers le site que le substrat possède également. Bien que la plupart des exo- et endoribonucléases ne soient généralement pas spécifiques à une séquence, le système CRISPR /Cas reconnaissant et coupant nativement l'ADN a récemment été conçu pour cliver l'ARNss d'une manière spécifique à la séquence.

L' extraction de l'ARN dans les expériences de biologie moléculaire est grandement compliquée par la présence de ribonucléases omniprésentes et résistantes qui dégradent les échantillons d'ARN. Certaines ARNases peuvent être extrêmement résistantes et leur inactivation est difficile par rapport à la neutralisation des ADNases . En plus des ARNases cellulaires libérées, plusieurs ARNases sont présentes dans l'environnement. Les ARNases ont évolué pour avoir de nombreuses fonctions extracellulaires dans divers organismes. Par exemple, la RNase 7, un membre de la superfamille des ARNases A , est sécrétée par la peau humaine et sert de puissante défense antipathogène. Dans ces ARNases sécrétées, l'activité enzymatique de la RNase peut même ne pas être nécessaire à sa nouvelle fonction exaptée . Par exemple, les ARNases immunitaires agissent en déstabilisant les membranes cellulaires des bactéries.

Ahmed TAE, Udenigwe CC, Gomaa A. Editorial : Applications de la biotechnologie et de la bio-ingénierie aux biomatériaux dérivés des œufs. Front Bioeng Biotechnol. 2021 20 septembre ;9 :756058