Group I like ribozymes : Structure, function and evolution
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Abstract EN:
The twin-ribozyme introns represent a complex organization of group I introns found in the nuclear SSU rRNA gene of the myxomycete Didymium iridis and several strains of the amoebo-flagellates Naegleria. It consists of an unusual ribozyme (GIR1) and a homing endonuclease gene (HEG) both embedded in a peripheral domain of another group I ribozyme (GIR2). Interestingly, GIR1 performs a unique catalytic reaction that leads to the formation of a tiny lariat with a 3-nt loop, which caps the HE mRNA. In terms of catalysis, the GIR1 branching reaction is typical of the first step of splicing performed by group II ribozymes. However, from a structural point of view, GIR1 is clearly related to group I ribozymes. Structure probing and phylogenetic studies have in fact revealed the lack of a P1 segment playing the role of the substrate and conserved in all other known group I ribozymes. However, a P10 base paired segment as well as a novel pseudoknot P3/P15 were proposed to take place in the core region. Thus, these particular observations raise the question of why GIR1 carries out a branching reaction despite its resemblance with group I ribozyme.
Abstract FR:
L’étude de l’intron Dir956-1, situé dans le gène extra-chromosomique codant pour l’ARNr 18S du myxomycète Didymium iridis a révélé une organisation originale et complexe. En effet, il est constitué d’un intron de groupe I classique (GIR2) dans lequel est inséré dans une région périphérique un gène codant pour une endonucléase mobile (HE). L’originalité de ce système provient de la présence d’un ribozyme (GIR1) situé en amont de cette phase de lecture et dont la structure semble fortement apparentée à celle des introns de groupe I défini par une architecture modulaire. Cependant, GIR1 présente des différences topologiques inhabituelles. En résumé, le cœur catalytique de ce ribozyme se distingue de celui des introns de groupe I bien que le corps de ce ribozyme présente une organisation modulaire comparable à celle des introns de groupe I. Ainsi la question sous-jacente qui se pose est l’existence d’une évolution possible d’un intron de groupe I classique vers un ribozyme de type GIR1. Une autre singularité de ce ribozyme est la réaction qu’il catalyse, qui permet la libération et la maturation en 5’ terminal de l’ARN messager codant pour l’endonucléase mobile. Ce ribozyme libère l’ARNm he de l’intron en catalysant la formation d’un lasso (« lariat ») de trois nucléotides. Ceci n’est pas sans rappeler le lasso formé lors de la première étape de l’épissage des introns de groupe II, mais dans un contexte structural dramatiquement différent. Ces caractéristiques particulières justifient l’intérêt d’étudier le repliement tridimensionnel adopté par le cœur catalytique de ce ribozyme afin de mieux comprendre les bases moléculaires à l’origine de cette activité inhabituelle.