Codon de départ

Le codon de départ est le premier codon d'un transcrit d'ARN messager (ARNm) traduit par un ribosome . Le codon de départ code toujours pour la méthionine chez les eucaryotes et les archées et pour une N-formylméthionine (fMet) chez les bactéries, les mitochondries et les plastes .

Le codon de départ est souvent précédé d'une région 5' non traduite ( 5' UTR ). Chez les procaryotes, cela inclut le site de liaison du ribosome .

Dans les trois domaines de la vie, le codon de départ est décodé par un ARN de transfert « d'initiation » spécial , différent des ARNt utilisés pour l'élongation. Il existe d'importantes différences structurelles entre un ARNt initiateur et un ARNt allongeant, avec des caractéristiques distinctives servant à satisfaire les contraintes du système de traduction. Chez les bactéries et les organites, une incompatibilité C1:A72 de la tige acceptrice guide la formylation, qui dirige le recrutement par le ribosome 30S dans le site P ; les paires de bases dites « 3GC » permettent l'assemblage dans le ribosome 70S. Chez les eucaryotes et les archées, la tige T empêche les facteurs d'élongation de se lier, tandis qu'eIF2 reconnaît spécifiquement la méthionine attachée et une paire de bases A1:U72.

Dans tous les cas, l'ARNt initiateur naturel code uniquement pour la méthionine. La connaissance des principales caractéristiques de reconnaissance a permis aux chercheurs de construire des ARNt initiateurs alternatifs qui codent pour différents acides aminés ; voir ci-dessous.

Les codons de départ alternatifs sont différents du codon AUG standard et se trouvent à la fois chez les procaryotes (bactéries et archées) et les eucaryotes . Les codons de départ alternatifs sont toujours traduits par Met lorsqu'ils se trouvent au début d'une protéine (même si le codon code un acide aminé différent dans le cas contraire). Cela est dû au fait qu'un ARNt distinct est utilisé pour l'initiation.

Les codons de départ alternatifs (non-AUG) sont très rares dans les génomes eucaryotes : un large éventail de mécanismes fonctionnent pour garantir la fidélité relative de l'initiation de l'AUG. Cependant, des codons de départ non-AUG naturels ont été signalés pour certains ARNm cellulaires. Sept des neuf substitutions nucléotidiques simples possibles au niveau du codon de départ AUG de la dihydrofolate réductase sont fonctionnelles comme sites de départ de la traduction dans les cellules de mammifères.

Les bactéries ne disposent généralement pas d'une large gamme de facteurs de traduction contrôlant la fidélité du codon de départ. GUG et UUG ​​sont les principaux codons de départ alternatifs, voire « canoniques ». GUG en particulier est important pour contrôler la réplication des plasmides.

E. coli utilise 83 % d'AUG (3542/4284), 14 % (612) de GUG, 3 % (103) d'UUG et un ou deux autres (par exemple, un AUU et éventuellement un CUG).

Les régions codantes bien connues qui ne possèdent pas de codons d'initiation AUG sont celles de lacI (GUG) et lacA (UUG) dans l' opéron lac d'E. coli . Deux études plus récentes ont montré indépendamment que 17 codons d'initiation non AUG ou plus peuvent initier la traduction dans E. coli .

Les génomes mitochondriaux utilisent de manière plus significative des codons de départ alternatifs (AUA et AUG chez l'homme). De nombreux exemples de ce type, avec codons, portée systématique et citations, sont donnés dans la liste des tables de traduction du NCBI .

Les archées, qui sont des procaryotes dotés d'un mécanisme de traduction similaire mais plus simple que celui des eucaryotes, permettent l'initiation à UUG et GUG.

Il s'agit de codons de départ « alternatifs » dans le sens où ils sont en amont des codons de départ réguliers et pourraient donc être utilisés comme codons de départ alternatifs. Plus de la moitié de tous les ARNm humains ont au moins un codon AUG en amont (uAUG) de leurs débuts d'initiation de traduction annotés (TIS) (58 % dans les versions actuelles de la séquence RefSeq humaine ). Leur utilisation potentielle en tant que TIS pourrait entraîner la traduction de ce que l'on appelle des cadres de lecture ouverts en amont (uORF). La traduction des uORF entraîne généralement la synthèse de polypeptides courts, dont certains se sont révélés fonctionnels, par exemple dans ASNSD1, MIEF1 , MKKS et SLC35A4. Cependant, on pense que la plupart des uORF traduits n'ont qu'un léger effet inhibiteur sur la traduction en aval, car la plupart des débuts d'uORF sont fuyants (c'est-à-dire qu'ils n'initient pas la traduction ou parce que les ribosomes se terminant après la traduction des ORF courts sont souvent capables de se réinitier).

A Codons de départ possibles dans le tableau 1 du NCBI. AUG est le plus courant. Les deux autres codons de départ répertoriés dans le tableau 1 (GUG et UUG) sont rares chez les eucaryotes. Les procaryotes ont des exigences moins strictes en matière de codons de départ ; ils sont décrits dans le tableau 11 du NCBI .

^B ^ ^ ^ La base historique de la désignation des codons stop comme ambre, ocre et opale est décrite dans une autobiographie de Sydney Brenner et dans un article historique de Bob Edgar.

La traduction démarrée par un site d'entrée interne du ribosome (IRES), qui contourne un certain nombre de systèmes d'initiation eucaryotes réguliers, peut avoir un démarrage non méthinone avec des codons GCU ou CAA.

Les cellules de mammifères peuvent initier la traduction avec la leucine en utilisant un leucyl-ARNt spécifique qui décode le codon CUG. Ce mécanisme est indépendant de eIF2. Aucune structure secondaire similaire à celle d'un IRES n'est nécessaire.

ARNt initiateur modifié (ARNt^fMet
_CUA, modifié à partir d'un ARNt MetY^fMet
_CAU) ont été utilisés pour initier la traduction au niveau du codon stop ambre UAG dans E. coli . L'initiation avec cet ARNt insère non seulement la formylméthionine traditionnelle , mais aussi la formylglutamine, car la glutamyl-ARNt synthase reconnaît également le nouvel ARNt. (Rappelons ci-dessus que le système d'initiation de la traduction bactérienne ne vérifie pas spécifiquement la méthionine, mais uniquement la modification formyle). Une étude a montré que l'ARNt initiateur ambre n'initie pas la traduction à un degré mesurable à partir de codons UAG codés génomiquement, mais uniquement de rapporteurs plasmidiques avec de forts sites Shine-Dalgarno en amont .