Différence entre procaryotes et eucaryotes : vitesse d’allongement de la chaîne peptidique

[Geb]

Bonjour à tous,

Depuis peu, je m’intéresse à la différence de vitesse de synthèse des protéines entre les procaryotes d’une part et les eucaryotes d’autre part. En d’autres mots, quelle est la vélocité du cycle traductionnel en termes de nombre d’acides aminés incorporés dans une protéine par seconde et par ribosome ?

La publication suivante a éveillé mon intérêt :

Developing cell-free biology for industrial applications (Swartz, 2006)

It was initially proposed that the fast translation rate in E. coli would not be compatible with the folding of mammalian proteins. The rate is about 16 amino acids per second in E. coli relative to a rate of 4–5 amino acids per second in mammalian cells. However, a careful measurement of the translation elongation rate in the E. coli cell-free system suggests an elongation rate of only 1.5–2 amino acids per second (Underwood et al., 2005). It is actually slower than for mammalian cells.

Je n’arrive pas à comprendre ce revirement de situation. Quelque chose aurait-il changé dans la méthode de mesure ?

Aussi, quels sont les mécanismes susceptibles d’expliquer cette différence de vitesse entre les ribosomes (procaryotes) d’Escherichia coli et ceux (eucaryotes) d’une cellule hépatique humaine ?

Merci d'avance pour votre aide.
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[vpharmaco]

It was initially proposed that the fast translation rate in E. coli would not be compatible with the folding of mammalian proteins. The rate is about 16 amino acids per second in E. coli relative to a rate of 4–5 amino acids per second in mammalian cells. However, a careful measurement of the translation elongation rate in the E. coli cell-free system suggests an elongation rate of only 1.5–2 amino acids per second (Underwood et al., 2005). It is actually slower than for mammalian cells.

C'est juste que la traduction marche moins bien lorsque l'on utilise un lysat cellulaire (E. Coli cell-free system) que dans une cellule vivante (E. Coli). L'article que tu cites explique les difficultés associées à la production de protéines dans des systèmes sans-cellules.

[Geb]

C'est juste que la traduction marche moins bien lorsque l'on utilise un lysat cellulaire (E. Coli cell-free system) que dans une cellule vivante (E. Coli). L'article que tu cites explique les difficultés associées à la production de protéines dans des systèmes sans-cellules.

Je te remercie vpharmaco. Du coup le papier était un mauvais exemple (sachant qu'ils n'ont pas comparé un lysat de mammifère dans les mêmes conditions a priori). Pourtant, si on a 16 acides aminés par seconde pour une bactérie et 4 à 5 acides aminés pour des cellules eucaryotes, je reste toujours intrigué par cette différence d'un facteur 3 à 4.

Cela dit, dans les publications plus récentes la situation est encore plus floue...

Ingolia et al. (2011) font état d'une vitesse de 5,6 ± 0,5 codons par seconde chez la souris.

Tobias von der Haar (2008) fait état de ~32,6 codons par seconde chez la levure en phase de croissance logarithmique, contre ~10 codons par seconde habituellement (ça doit être un record pour une cellule eucaryote).

Bremer & Dennis (2008) rapportent un allongement moyen de ~20 codons par seconde dans des cellules bactériennes.

Deneke et al. (2013), rappellent que :

Note that in bacteria it is possible that ribosomes bind to the mRNA prior to the completion of transcription (Stent, 1966).

D'autres pistes d'explication ?

Cordialement.

[vpharmaco]

J'aurais tendance à poser la question dans le sens inverse. Pour quelles raisons des complexes ribosomaux, qui ont évolués différemment chez les procaryotes et les eucaryotes sur des centaines de millions d'années, qui ne sont pas constitués ni des mêmes protéines, ni des mêmes ANRr devraient travailler à la même vitesse ??

La régulation de la traduction chez les eucaryotes est plus complexe, c'est une cause possible de cette vitesse un peu plus faible.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite9dc7b526]

De plus il y a un biais de codon spécifique à l'espèce (si j'ose dire) qui fait qu'on ne peut pas comparer la vitesse de traduction du même ARN dans des cellules d'espèces différentes. Quand on programme une cellule pour exprimer un certain peptide, il faut d'abord "éditer" la séquence pour la faire coller aux préférences en termes de codons de la cellule en question.

[invite9dc7b526]

En y repensant je me demande si la question du biais de codon n'est pas pertinente seulement pour la transcription. Je demanderai à un collègue spécialiste de la question.

[Geb]

Bonjour,

J'aurais tendance à poser la question dans le sens inverse. Pour quelles raisons des complexes ribosomaux, qui ont évolués différemment chez les procaryotes et les eucaryotes sur des centaines de millions d'années, qui ne sont pas constitués ni des mêmes protéines, ni des mêmes ANRr devraient travailler à la même vitesse ??

Je suis tout à fait d'accord que présenter comme ça, il n'y a pas à être étonné d'une différence de vitesse de traduction. Je voudrais cependant comprendre les facteurs qui influencent la vitesse de traduction chez les procaryotes d'une part et les eucaryotes d'autre part.

La régulation de la traduction chez les eucaryotes est plus complexe, c'est une cause possible de cette vitesse un peu plus faible.

C'est en effet une cause possible, mais la question est : par quel(s) mécanisme(s) exactement ?

De plus il y a un biais de codon spécifique à l'espèce (si j'ose dire) qui fait qu'on ne peut pas comparer la vitesse de traduction du même ARN dans des cellules d'espèces différentes. Quand on programme une cellule pour exprimer un certain peptide, il faut d'abord "éditer" la séquence pour la faire coller aux préférences en termes de codons de la cellule en question.

J'ai lu moi aussi quelque chose de similaire dans les publications précédemment citées :

Notamment le fait que certaines combinaisons d'acides aminés (proline - proline - acide glutamique chez Ingolia et al., 2011) induises une sorte de pause passagère dans la traduction qui aide tantôt à la synthèse, tantôt au repliement de la protéine, entre autres choses.

Cordialement.

[invitea9e5d0fd]

Bonjour,

Un petit papier pour rajouter à la complexité chez les eucaryotes et un élément de compréhension sur la régulation de la traduction eucaryote :
http://www.cell.com/cell/pdfExtended...674(16)30674-2

À voir si il existe des mécanismes analogues chez les autres eucaryotes et archées, voire même chez les bactéries.


Bonne journée,

Victor