Épissage - Définition

Introduction

Chez les eucaryotes (organismes dont les cellules possèdent un noyau), l’épissage est un processus par lequel les ARN transcrits à partir de l'ADN génomique peuvent subir des étapes de coupure et ligature qui conduisent à la suppression de certaines régions dans l’ARN final. Les segments conservés s’appellent des exons et ceux qui sont éliminés s’appellent des introns.

Les gènes sont donc constitués d’une suite d’exons et d’introns alternés ; ceci s’observe principalement dans les gènes codant des protéines, mais aussi dans certains gènes d’ARN non codants, comme ceux d’ARNt.

Lors de la transcription de gènes codant des protéines, un pré-ARNm est synthétisé puis est épissé dans le noyau de la cellule pour donner lieu à l’ARNm dit mature. L’ARNm mature, constitué des seuls exons, est alors exporté vers le cytoplasme pour être traduit en protéine.

L’épissage est assuré par un ensemble de complexes ribonucléoprotéiques appelé collectivement splicéosome (épissage se disant splicing en anglais). Chaque complexe, appelé snRNP pour Small Nuclear Ribonucleoprotein, contient un ARN et plusieurs protéines.

Il existe également des introns appelés auto-épissables ou auto-catalytiques, c’est-à-dire capable de s’exciser sans intervention d’un splicéosome, dans les mitochondries, les plastes et certaines bactéries. Cependant, au moins dans les mitochondries et les chloroplastes, certains de ces introns nécessitent l’intervention de protéines nucléaires.

Le mécanisme catalytique du splicéosome est encore inconnu, mais par analogie avec le fonctionnement du ribosome, on pense que c'est l’ARN qui est catalytique (et donc que le splicéosome est un ribozyme).

Structure des introns

Les jonctions intron/exon contiennent des séquences nucléotidiques caractéristiques qui sont conservées. Ces séquences sont reconnues par le spliceosome. L'intron contient en plus une séquence interne, dite boite de branchement. Cette boite de branchement comporte une adénosine qui joue un rôle central dans le processus d'épissage.

Schéma de l'organisation des jonctions exon-intron-exon. Les exons amont et aval sont en orange et l'intron est en gris. Les nucléotides conservés sont indiqués.

L'épissage proprement dit s'effectue en deux temps, on a tout d'abord une attaque nucléophile du 2'-OH du ribose de l'adénosine de la boite de branchement sur le phosphate de la jonction exon-intron en 5'. Après cette coupure, le 3'-OH libéré au niveau de l'exon amont attaque le phosphate de la jonction intron-exon en aval. Les produits de cette réaction sont d'une part les deux exons ligaturés correctement et d'autre part, l'intron cyclisé au niveau de l'adénosine de la boite de branchement. En raison de sa forme particulière, cette forme de l'intron est appelée lasso (en: lariat). Le lasso est finalement ouvert par une enzyme de débranchement afin de pouvoir être recyclé

Mécanisme de l'épissage

Introns autocatalytiques

Chez certains protozoaires (organismes eucaryotes uni-cellulaires), certains ARN introniques n'ont pas besoin de spliceosomes, ils suffisent à catalyser les réactions d'épissage ("self-splicing") sans apport de protéines extérieures. Ce phénomène relativement rare concerne les introns formants un ribozyme. On trouve deux sortes d'introns autocatalytiques : Les groupes 1 et 2.

Mécanisme d'épissage

Les snRNP

Les snRNP ou small nuclear ribonucleoproteins sont des composants du spliceosome présents dans le noyau des cellules eucaryotes. Le processus d'épissage canonique fait appel à cinq snRNP, appelés U1, U2, U4, U5 et U6. Chacun de ces snRNP est composé d'un ARN, appelé ARNpn, qui adopte une structure secondaire et tertiaire spécifique, et de plusieurs proteines. Parmi les protéines associées, certaines sont communes à tous les snRNP et d'autres sont spécifiques de chacun d'entre eux. Les proteines communes sont appelées protéines Sm, elles sont au nombre de sept et s'associent pour former un anneau heptamérique entourant un segment du snARN.

Les protéines spécifiques sont en nombre variable, il y en a par exemple trois pour U1: U1A, U1C et U1-70K.

Processus d'épissage

Mécanisme d'épissage d'un intron par le spliceosome. Les deux exons sont représentés par des barres bleues et l'intron par un trait noir.

Le processus d'épissage est un mécanisme dynamique qui suit une succession précise d'évènements au cours de laquelle les différents snRNP s'assemblent et se désassemblent du spliceosome. La séquence est la suivante :

1. U1 s'associe à la jonction 5' de l'intron.
2. U2 s'associe à la boite de branchement.
3. U4 associé à U6 rapproche U1 et U2, réalisant ainsi un pont entre la jonction 5' de l'intron et la boite de branchement.
4. U5 s'associe à son tour et rapproche les bords 3' et 5' des exons à suturer.
5. U4 et U1 quittent le complexe.
6. Le 2'-OH du A de la boite de branchement coupe la jonction 5' de l'intron.
7. Le 3'-OH du nucléotide en 3' de l'exon amont coupe l'autre jonction.
8. L'ARNm épissé et l'intron en "lasso" sont libérés.

Association des composants du spliceosome

La plupart des interactions entre l'ARNm et le les snRNP passent par des appariements de base entre portions de séquences nucléotidiques complémentaires. Ainsi par exemple le snARN U1 contient une séquence complémentaire de la séquence consensus retrouvée à la jonction exon-intron en 5', ce qui lui permet de se lier à cette région des pré-ARN messagers. Il existe également des appariements ARN-ARN entre les différents snARN.