Aperçus structurels sur la fidélité du spliceosome : rejet des substrats d'épissage aberrants médié par DHX35–GPATCH1

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Contexte académique

Le spliceosome est un complexe macromoléculaire hautement dynamique responsable de l’excision précise des introns des pré-ARNm. Bien que les scientifiques aient récemment acquis une compréhension structurelle approfondie des étapes d’assemblage, de catalyse et de dissociation finale du spliceosome grâce à la cryo-microscopie électronique (cryo-EM), les mécanismes moléculaires par lesquels le spliceosome reconnaît et rejette les substrats de splicing sous-optimaux restent mal compris. Cette question est cruciale pour comprendre la fidélité du splicing (splicing fidelity), car les erreurs de splicing peuvent entraîner une expression génique anormale, provoquant ainsi diverses maladies.

Cette étude vise à révéler comment le spliceosome utilise des hélicases à ARN spécifiques et des protéines G-patch pour identifier et rejeter les substrats de splicing anormaux, en particulier ceux contenant des sites d’épissage 5’ (5’ splice site, 5’SS) non canoniques. En étudiant les complexes de contrôle qualité du spliceosome provenant de l’eucaryote thermophile Chaetomium thermophilum, les auteurs ont fourni des structures cryo-EM à haute résolution, révélant le rôle clé du complexe DHX35–GPATCH1 dans la fidélité du spliceosome.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Yi Li, Paulina Fischer, Mengjiao Wang et d’autres chercheurs de plusieurs institutions, dont Fudan University, Heidelberg University Biochemistry Center (BZH) et Max-Planck-Institute for Multidisciplinary Sciences. Il a été publié en 2025 dans la revue Cell Research sous le titre “Structural insights into spliceosome fidelity: DHX35–GPATCH1-mediated rejection of aberrant splicing substrates”.

Processus et résultats de la recherche

1. Processus de recherche

a) Isolement et purification du spliceosome

L’équipe de recherche a d’abord isolé les complexes du spliceosome de Chaetomium thermophilum. En utilisant le facteur de dissociation conservé DHX15 comme appât (bait), les chercheurs ont réussi à purifier plusieurs protéines centrales du spliceosome et des facteurs de dissociation connus grâce à une technique de purification par affinité en tandem (tandem-affinity purification). Une analyse par spectrométrie de masse (mass spectrometry) a confirmé la coprécipitation des protéines du spliceosome avec DHX15, y compris U2 snRNP et U5 snRNP.

b) Collecte et traitement des données cryo-EM

Les chercheurs ont collecté des données cryo-EM et, grâce à des techniques de sélection automatique de particules (particle picking) et de classification tridimensionnelle (3D classification), ont finalement résolu trois principaux complexes du spliceosome : le complexe ILS (intron-lariat spliceosome) et deux complexes de contrôle qualité, B*Q1 et B*Q2. Ces complexes représentent respectivement l’état du spliceosome après activation catalytique mais avant la première réaction de splicing.

c) Modélisation et analyse structurelle

En combinant les structures protéiques prédites par AlphaFold et les cartes de densité cryo-EM, les chercheurs ont construit un modèle moléculaire du spliceosome. En particulier, ils ont détaillé les interactions du complexe DHX35–GPATCH1 avec le spliceosome et révélé comment GPATCH1 reconnaît les 5’SS anormaux via son domaine G-patch (G-patch domain) et ancre DHX35 au spliceosome.

2. Résultats principaux

a) Structure du complexe DHX35–GPATCH1

Les résultats montrent que GPATCH1 interagit via sa région N-terminale avec plusieurs domaines de la protéine centrale du spliceosome PRP8 (y compris les domaines EN, RH et α-finger), ancrant ainsi DHX35 au spliceosome. Le domaine G-patch de GPATCH1 se lie aux domaines WH et RecA2 de DHX35, assurant l’activité de déroulement de l’ARN de DHX35. De plus, GPATCH1 guide DHX35 vers son substrat en interagissant avec U2 snRNA.

b) Mécanisme de déroulement de DHX35

Dans les complexes B*Q, DHX35 se lie à la région monocaténaire de U2 snRNA et dissocie l’hélice U2/site de branchement (branch site, BS). Ce processus empêche la progression de la réaction catalytique du spliceosome, assurant ainsi le rejet des substrats de splicing anormaux. L’activité de déroulement de DHX35 dépend de l’activation par GPATCH1, qui renforce l’activité ATPase de DHX35 via son domaine G-patch.

c) Rôle de dissociation de DHX15

Dans le complexe B*Q2, DHX15 est recruté à un site de liaison similaire à celui du complexe ILS et proche de son substrat, l’extrémité 3’ de U6 snRNA. Ce résultat suggère que DHX15 joue un rôle clé dans le processus de dissociation du spliceosome, en déroulant U6 snRNA pour favoriser la dissociation finale du spliceosome.

3. Conclusions de l’étude

Cette étude révèle, grâce à des structures cryo-EM à haute résolution, le rôle clé du complexe DHX35–GPATCH1 dans la fidélité du spliceosome. GPATCH1 reconnaît les 5’SS anormaux et ancre DHX35 au spliceosome, assurant ainsi le rejet des substrats de splicing anormaux. Parallèlement, DHX15 joue un rôle important dans la dissociation du spliceosome en déroulant U6 snRNA. Ces découvertes fournissent de nouvelles perspectives structurelles sur les mécanismes de contrôle qualité du spliceosome et offrent des indices importants pour comprendre les mécanismes des maladies liées aux erreurs de splicing.

4. Points forts de l’étude

  • Résolution structurelle élevée : Première résolution à haute résolution du complexe DHX35–GPATCH1 avec le spliceosome grâce à la cryo-EM.
  • Mécanisme de fidélité du spliceosome : Révélation de la manière dont GPATCH1 reconnaît les 5’SS anormaux et ancre DHX35 au spliceosome, assurant le rejet des substrats de splicing anormaux.
  • Synergie des hélicases : Proposition d’un mécanisme de collaboration entre DHX35 et DHX15 dans le contrôle qualité du spliceosome, offrant de nouvelles perspectives sur le processus de dissociation.

5. Autres informations utiles

Cette étude a également validé la fonction de DHX35 et GPATCH1 dans le contrôle qualité du spliceosome grâce à des techniques de séquençage d’ARN (RNA sequencing). Les chercheurs ont observé que la suppression de DHX35 ou GPATCH1 entraînait une augmentation des événements de splicing des pré-ARNm contenant des 5’SS sous-optimaux, renforçant ainsi leur rôle clé dans la fidélité du splicing.

Conclusion

Cette étude, grâce à des structures cryo-EM à haute résolution et des expériences fonctionnelles, révèle le rôle clé du complexe DHX35–GPATCH1 dans la fidélité du spliceosome. Ces découvertes fournissent non seulement de nouvelles perspectives structurelles sur les mécanismes de contrôle qualité du spliceosome, mais offrent également des indices importants pour la recherche sur les maladies liées aux erreurs de splicing.