Illustrations
Figure 1
Représentation schématique du transport nucléo-cytoplasmique Ran-dépendant. Dans ce modèle, les importines, comme l’importine β et son adaptateur l’importine α, reconnaissent les cargos cytoplasmiques grâce à leur NLS. Les importines transportent les cargos jusqu’au noyau, puis à travers les pores nucléaires, en interagissant avec les motifs répétés des Nup-FG du canal central. Dans le noyau, la liaison à la GTPase Ran-GTP permet la dissociation du complexe. La forte concentration intranucléaire en Ran-GTP est assurée par le facteur Ran-GEF. Les exportines, comme CRM1, liées à Ran-GTP, reconnaissent les cargos nucléaires grâce au NES de ces derniers. Ces complexes ternaires traversent activement les NPC et rejoignent le cytoplasme où l’hydrolyse du GTP en GDP, stimulée par Ran-GAP, entraîne le relargage du cargo.
Figure 1
Figure 2
La transcription, la maturation et l’export nucléaire des ARNm sont des processus couplés. Pendant la transcription par l’ARN polymerase II, les facteurs et les complexes requis pour la synthèse de la coiffe, l’épissage et la polyadénylation, interagissent successivement avec le pré-ARNm, formant ainsi un mRNP. La coiffe, ajoutée à l’extrémité 5’ de l’ARN au début de la transcription, est directement reconnue par le complexe CBC. Subséquemment, des protéines du complexe TREX-1 sont recrutées sur le transcrit par interaction avec le CBC, et les facteurs d’épissage SR et les complexes EJC, déposés en amont des jonctions exon-exon. La structure et la composition en protéines du mRNP changent durant sa biogenèse, ce qui permet le recrutement par TREX-1 et plus particulièrement par ALY/REF, du récepteur hétérodimérique TAP-p15 qui procède alors à l’export du mRNP mature au travers du pore nucléaire. Dans le cytoplasme, les facteurs d’export sont dissociés du mRNP par l’action conjointe de DDX19 et GLE1, libérant ainsi l’ARNm dans le cytosol.
Figure 2
Figure 3
Les différentes voies d’export des ARNm cellulaires. Les ARNm matures et épissés sont normalement exportés par la voie canonique de l’exportine TAP-p15, recrutée sur l’ARNm grâce au complexe TREX-1 et des protéines adaptatrices (a). Les ARNm exprimés à partir de gènes sans introns ne peuvent pas par conséquent utiliser les facteurs d’épissage comme adaptateurs pour recruter les exportines. Ces ARNm sont exportés par TAP-p15 selon un processus différent aboutissant à une voie d’export alternative, dite ALREX. Celle-ci implique au moins les protéines ALY/REF et THOC5 du complexe TREX-1, recrutées sur l’ARNm à son extrémité 5’ grâce au CBC (b). Dans des conditions particulières, notamment de stress, certains ARNm sont exportés par la voie de l’exportine CRM1. Pour être exportés, ils doivent être associés à des protéines adaptatrices, possédant un NES reconnu par CRM1. Un exemple significatif de cette voie d’export est celui des ARNm renfermant des éléments ARE (AU–rich element ), exportés grâce à la protéine adaptatrice HuR qui fait le pont entre ces ARNm et l’exportine CRM1 (c).
Figure 3
Figure 4
Représentation schématique des différentes stratégies employées par les rétrovirus pour exporter leurs ARNm par les voies des exportines Tap-p15 et/ou CRM-1. Les ARNm rétroviraux possèdent dans leur grande majorité des structures secondaires reconnues par la machinerie d’export : le CTE des ARNm du MPMV reconnu directement par l’exportine TAP-p15 (b), ou des tiges-boucles (DR) sur les ARN du RSV reconnues par TAP-p15 grâce à une protéine adaptatrice (X) encore inconnue (c). Le HIV utilise les deux voies d’export TAP-p15 et CRM1, la première pour l’export de ses ARNm totalement épissés (a) et la deuxième, pour celui des ARNm partiellement ou non épissés grâce à Rev, une protéine virale à NES, qui se fixe sur la structure secondaire RRE des ARN (d). Le RSV utilise la protéine virale Gag pour l’export de son ARN génomique par la voie CRM1. Gag se lie au signal d’encapsidation Ψ, situé à l’extrémité 5’ de l’ARN génomique (e). PFV ne code pas de protéine adaptatrice mais utilise pour exporter ses ARN partiellement et non épissés, la protéine cellulaire HuR, assistée des facteurs ANP32A et ANP32B. La structure secondaire reconnue par HuR n’est toujours pas identifiée (f).
Figure 4
Figure 5
Structures secondaires de l’ARN génomique de MLV, impliquées dans l’export. Sur cette carte génomique sont schématisées, en rouge, la tige-boucle de 28 nt RSL, R sequence stem-loop, et le signal d’encapsidation Ψ (Psi) de 164 nt, organisé en quatre tiges-boucles retrouvés dans la région 5’ non traduite de l’ARNg de MLV. Les éléments d’export PTE – post-transcriptional element – de 1467 nt, dont la structure complexe renferme sept tiges-boucles (SL1-7), γ-CTE de 98 nt et l’élément CAE de 69 nt, arborant trois tiges-boucles, sont quant à eux localisés dans le gène pol . Enfin, en 3’ de l’ARNg, la région U3 est aussi certainement requise pour l’export de cet ARN non épissé. Les sites d’épissage donneurs (D et D’) et accepteur (A) sont représentés en bleu.
Figure 5
Figure 6
Stratégies d’export, employées par les virus à ADN. Les virus à ADN détournent la voie de l’exportine TAP-p15 pour exporter leurs ARNm grâce à des protéines virales. Les adénovirus utilisent la protéine virale E1B 55K qui reconnait les ARN tardifs et recrute l’exportine TAP probablement via l’hnRNP E1B-AP5 (a). Chez les herpesvirus, il s’agit de la protéine ICP27 chez les HSV (b) et ORF57 chez le KSHV (c). Les transcrits de HBV portent une structure secondaire (PRE), reconnue par différentes protéines d’export, dont la protéine ZC3H18 associée au complexe TREX-1 (d). L’export de l’ARN pré-génomique (pg) non épissé du HBV se ferait par l’intermédiaire de sa protéine de capside (core) dont les NES atypiques riches en arginines sont reconnus par TAP (e). Les transcrits épissés générés par le HBV à partir de l’ARNpg et recouverts de facteurs d’épissage empruntent probablement la voie de l’exportine TAP-p15 (f).
Figure 6
Figure 7
L’élément PRE des ARN de HBV. Carte rassemblant l’ensemble des éléments fonctionnels et structuraux connus du PRE (nt 1151-1805). PRE contient deux éléments majeurs d’export, SEP1 (nt 1590-1705) et SEP2 (nt 1252-1442). SEP1 constitue le domaine de liaison à ZC3H18. SEP2 contient SRE-1 (nt 1252-1348), le site de liaison à la protéine La (nt 1275-1291) et les tiges-boucles SLα (nt 1292-1321) et SLβ (nt 1411-1433). PRE peut également interagir avec les protéines PTB et GAPDH qui reconnaissent son élément PRE III (nt 1485-1584).
Figure 7
Figure 8
Export des ARN génomiques (ARNv ou ARN(-)) et des ARNm (ARN(+)) du virus de la grippe A. Durant son cycle, IAV doit exporter quatre types d’ARN différents. Ses ARNm épissés coiffés et polyadénylés ressemblant en tout point aux ARNm cellulaires, empruntent certainement la voie canonique d’export TAP-p15 (a). Les formes non épissées de ces ARN utiliseraient la même voie d’export en recrutant l’exportine TAP-p15 par la voie ALREX, grâce à leur extrémité 5’ coiffée, récupérée sur les messagers cellulaires (cap snatching ) (b). La protéine virale NS1 et le facteur cellulaire associé NS1-BP sont impliqués dans l’export des transcrits M en interagissant avec ces ARN et avec TAP. IAV exporterait ses ARNm sans introns par la voie TAP-p15 grâce au complexe CBC associé à la coiffe et à des protéines SR (c). Les ARN génomiques sont transportés par l’exportine CRM1 qui est recrutée par la protéine adaptatrice virale NEP grâce au NES de cette dernière. NEP est elle-même recrutée en 5’ des génomes viraux par le complexe polymérase et la protéine M1 associée aux protéines NP des RNP viraux (d).
Figure 8
Tableaux
Auteurs
1 Institut de Biologie moléculaire des plantes,
CNRS UPR2357,
Université de Strasbourg,
Strasbourg, France
2 Université de Strasbourg,
Inrae, SVQV UMR-A 1131,
F-68000 Colmar, France
3 King's College London,
Strand, London,
WC2R 2LS, UK
L’export nucléaire des ARNm est un processus complexe qui nécessite la participation orchestrée de nombreuses protéines, dont le recrutement débute dès les premières étapes de la transcription et de la maturation des ARNm. Cette stratégie permet à la cellule d’avoir une garantie de la conformité des messagers qui accèdent au cytoplasme et à la machinerie traductionnelle. La majorité des transcrits est exportée par le dimère d’exportines TAP-p15 dont le recrutement au niveau des ARNm est essentiellement assuré par le complexe multiprotéique TREX-1. Certains ARNm qui ne possèdent pas l’ensemble des caractéristiques communes aux messagers, utilisent des variantes de la voie de TAP-p15, ou font appel à une exportine différente, CRM1. L’une et/ou l’autre de ces voies d’export est également utilisée par les virus dont les ARNm sont synthétisés dans le noyau, comme les rétrovirus, la grande majorité des virus à génome ADN et le virus de la grippe. L’usurpation des machineries cellulaires d’export par les ARNm viraux est en général rendue possible par la présence d’éléments structuraux constitutifs, reconnus par les facteurs cellulaires d’export et/ou par des protéines adaptatrices virales. Les transcrits ainsi pris en charge échappent au système de surveillance de l’hôte, sont efficacement exportés pour être traduits, et permettent le déroulement des étapes ultérieures des cycles infectieux.