Ribozyme en tête de marteau
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Un ribozyme en tête de marteau (hammerhead ribozyme en anglais) est un segment d'ARN qui catalyse le clivage et la jonction réversibles d'un site spécifique sur une molécule d'ARN. Ces ribozymes sont utilisés comme modèles pour la recherche sur les structures et les propriétés de l'ARN ainsi que dans les expériences de clivage ciblé de l'ARN, certaines en vue d'applications thérapeutiques. Ils tirent leur nom de la ressemblance des premières représentations de leur structure secondaire avec le requin marteau[2]. Ils ont d'abord été identifiés parmi des ARN satellites et des viroïdes puis se sont révélés être très largement distribués à travers de nombreuses formes de vie.
Les réactions d'auto-clivage, publiées pour la première fois en 1986[3],[4], font partie d'un mécanisme de réplication circulaire. La séquence de ces ribozymes est suffisante pour l'auto-clivage[5] et agit en formant une structure tertiaire tridimensionnelle conservée.
Les premiers ribozymes en tête de marteau ont été découverts en 1986 dans certains agents infectieux de plantes à ARN tels que les viroïdes et des satellites[3],[4]. Puis un autre a été identifié l'année suivante dans l'ADN satellite de génomes de tritons[6]. Puis d'autres exemples de ce ribozymes ont été trouvés dans le génome de différents organismes tels que des schistosomes[7], des grillons des cavernes[8], l'arabette des dames[9] et quelques mammifères tels que des rongeurs et l'ornithorynque[10]. En 2010, il est devenu évident que le ribozyme en tête de marteau est en réalité répandu dans le génome des bactéries jusqu'aux eucaryotes[11], y compris chez l'homme[12]. Des publications du même ordre ont par la suite confirmé et étendu ces observations[13],[14],[15], révélant la nature ubiquitaire du ribozyme en tête de marteau dans tous les règnes du vivant[16].
Dans les génomes d'eucaryotes, de nombreux ribozymes en tête de marteau semblent liés à des rétrotransposons (SINE)[11], hormis une famille étonnamment conservée trouvée dans le génome de tous les amniotes[12] ; ces derniers, appelés HH9 et HH10, se trouvent dans les introns de quelques gènes spécifiques et renvoient à une fonction biologique préservée au cours de la biosynthèse de l'ARN prémessager[17].
Structure primaire et secondaire
Ribozyme minimal
La séquence minimale requise pour la réaction d'auto-clivage comprend environ 13 nucléotides formant un « noyau », ou « cœur », conservé, la plupart de ces bases nucléiques n'étant pas impliquée dans des paires de bases canoniques de type Watson-Crick. Cette région est bordée par trois régions en tige-boucle constituées essentiellement de paires de bases canoniques de type Watson-Crick mais sans autre contrainte du point de vue de la séquence. La constante catalytique du ribozyme en tête de marteau minimal est d'environ 1 min−1 — un intervalle de valeurs de 0,1 min−1 à 10 min−1 est couramment observé selon les séquences non conservées et la longueur des trois tiges hélicoïdales — dans les conditions standard de réaction : concentration en Mg2+ d'environ 10 mmol l−1, pH de 7,5 et tepérature de 25 °C. La plupart des recherches sur les ribozymes en tête de marteau ont été réalisées sur le ribozyme minimal.
Type I, type II et type III
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Le ribozyme en tête de marteau est structuré en trois hélices constituées de bases appariées, ces hélices étant liées entre elles par de courts segments aux séquences conservées. Ces hélices sont appelées I, II et III. Les ribozymes en tête de marteau peuvent être rangés en trois types en fonction du numéro de l'hélice dans laquelle se trouvent les extrémités 5' et 3' : on trouve le type I dans le génome de procaryotes, d'eucaryotes et d'agents infectieux à ARN de plantes, tandis que le type II n'a été décrit que chez des procaryotes[14],[15] et le type III est trouvé essentiellement chez les plantes, les agents infectieux de plantes et les procaryotes[16],[17].
Ribozyme complet
Le ribozyme en tête de marteau complet contient des séquences supplémentaires dans les tiges I et II qui permettent la formation de contacts intramoléculaires supplémentaires stabilisant la structure tertiaire active de la molécule et permettant d'atteindre des vitesses de clivage mille fois plus élevées que celles des séquences minimales[18],[19].
