ADAR

C Enzyme-Substrat Recognition

On sait peu de choses sur la façon dont les ADAR interagissent avec leurs substrats spécifiques et comment les domaines de liaison à l’ARN et le domaine catalytique travaillent ensemble pendant la réaction d’édition. Contrairement à la machinerie d’édition de l’ARN C-to-U qui utilise un motif de séquence primaire proche du site d’édition comme déterminant critique pour la reconnaissance du substrat (Niswender, 1998), les enzymes ADAR manquent de toute spécificité de séquence intrinsèque apparente. En fait, lorsqu’on leur présente des molécules d’ARN entièrement bicaténaires, ADAR1 et ADAR2 désaminent de façon presque promiscuité jusqu’à 50-60% de toutes les adénosines de la séquence (Nishikura, 2010). Cependant, la présence de boucles, de mésappariements et de renflements dans la structure d’un substrat d’ARN augmente la sélectivité du site et, comme on l’a vu pour certaines cibles physiologiques d’ADAR, le pliage complexe de l’ARN d’un tel substrat semble restreindre l’accès pour la liaison sur l’ARN et la catalyse productive souvent à une seule adénosine (Nishikura, 2010). Par conséquent, la plupart de la spécificité de la cible de l’édition A-to-I peut résider dans le pli tridimensionnel du substrat. Cependant, de récentes études structurelles basées sur la RMN des domaines de liaison à l’ARN de la protéine ADAR en complexe avec des substrats ARN minimaux indiquent que les domaines de liaison à l’ARNdb individuels peuvent également être impliqués dans des contacts spécifiques à la séquence qui pourraient contribuer à la sélectivité pour certaines cibles ARN par rapport à d’autres (Stefl et al, 2006, 2011).

Une autre propriété des ADAR qui pourrait avoir des implications pour la reconnaissance et l’interaction des substrats est la réalisation que pour une désamination productive et de haute activité, les protéines ADAR forment un dimère sur le substrat (Jaikaran et al., 2002 ; Cho et al., 2003 ; Gallo et al., 2003 ; Poulsen et al., 2006). Potentiellement, des homo- ainsi que des hétérodimères entre les protéines ADAR peuvent se former (Chilibeck et al., 2006) et représentent donc une autre couche de régulation influençant la reconnaissance spécifique du substrat ainsi que l’activité d’édition de l’ARN. Étant donné qu’à ce jour, il n’y a pas de cible d’édition connue pour ADAR3 et que cette protéine ne présente aucune activité enzymatique dans les essais standard de désaminase (Melcher et al., 1996a ; Chen et al., 2000), on a suggéré que son rôle était de nature régulatrice par le biais d’une hétérodimérisation avec les autres ADAR.

Liée à la formation de dimères ADAR pour l’activité d’édition générale est l’observation que certains événements d’édition d’ARN se produisant dans le même substrat présentent un couplage positif ou négatif. Par exemple, les adénosines directement voisines les unes des autres ou celles qui sont situées du même côté de la structure duplex de l’ARN (distance d’environ 11 nt dans l’ARN de forme A) présentent souvent un couplage dans l’édition par les ADAR, probablement en raison de leur proximité avec le site catalytique de l’enzyme dans l’espace (Koeris et al., 2005 ; Enstero et al., 2009).

Malgré ces connaissances, il n’est toujours pas possible actuellement de prédire un site d’édition de l’ARN sur la base de la séquence primaire de l’ARN. Ceci est principalement dû à la nature complexe des structures tertiaires de l’ARN et à leur comportement dynamique. Même si l’on considère que les domaines de liaison de l’ARNdb peuvent être capables de discriminer certains motifs de séquence primaire par rapport à d’autres, de petites altérations de la séquence primaire environnante ou de la structure secondaire et tertiaire peuvent moduler ou même annuler les contacts spécifiques à la séquence. Par conséquent, les tentatives de conception d’algorithmes de recherche combinant plusieurs des caractéristiques moléculaires (y compris la probabilité d’appariement des bases, l’environnement de la séquence, la conservation de la séquence) qui sont connues pour influencer la probabilité ou l’activité d’édition afin de prédire les sites d’édition potentiels ont abouti à de longues listes de positions candidates dans les ARNm, mais peu de sites de modification nouveaux, sélectifs et de haut niveau ont été validés comme cibles in vivo authentiques (Clutterbuck et al., 2005 ; Levanon et al., 2005 ; Gommans et al., 2008 ; Sie et Maas, 2009). La dichotomie entre la détection de milliers de sites d’édition probables sur la base des caractéristiques moléculaires des pré-ARNm et la rareté des sites de recodage de haut niveau suggère que soit les algorithmes de prédiction souffrent d’un taux élevé de faux positifs et la plupart de ces positions candidates ne sont pas éditées par les ADAR, soit la détection expérimentale de l’édition de l’ARN est le problème et pour de nombreux sites d’édition réels, les mauvais tissus sont testés (édition spécifique au type de cellule) ou ils sont testés au mauvais moment (édition régulée). Ou encore, les niveaux d’édition in vivo de la plupart des sites sont si faibles que les méthodes de détection actuelles ne sont pas assez sensibles pour prouver ou réfuter l’édition.