C3P3 est le tout premier système d'expression eucaryote artificiel capable de synthétiser l'ARNm mature dans le cytoplasme de la cellule hôte

L’ARNm joue un rôle central dans le transfert de l’information génétique :

A la différence de l’ARNm bactérien (procaryote), l’ARNm eucaryote est une molécule d’une extrême complexité constituée d’une chaîne simple brin d’acides ribonucléiques contenant les bases azotées guanine, l’uracile, l’adénine et la cytosine. Une fois synthétisés par l’ARN polymérase II nucléaire, les ARNm subissent de multiples modifications d’une complexité exquise, ce qui explique pourquoi il était pratiquement impossible de produire de l’ARNm artificiel dans des cellules eucaryotes vivantes avant l’apparition du système d’expression C3P3.

L’ARNm occupe une place centrale dans le flux d’informations génétiques des cellules eucaryotes :

Les ARN messagers (ARNm) sont des acides nucléiques qui transmettent l’information génétique de l’ADN au ribosome, où ils déterminent la séquence d’acides aminés des protéines ainsi synthétisées. Dans les cellules eucaryotes normales, l’ARNm produit est par transcription, puis est utilisé comme matrice pour la production de protéines par le biais du processus de traduction.

 

Flux normal de l’information génétique dans les cellules eucaryotes. La transcription est le processus par lequel l’information contenue dans l’ADN est copiée dans un ARNm messager simple brin par l’ARN polymérase II nucléaire. Cette enzyme est un complexe multiprotéique composé de 12 sous-unités auxquelles sont couplés un grand nombre de facteurs de transcription et de multiples facteurs responsables des modifications post-transcriptionnelles de l’ARNm. ② Le pré-ARNm, c’est-à-dire le transcrit primaire généré par l’ARN polymérase II, subit de multiples modifications post-transcriptionnelles, qui sont cruciales pour sa fonction biologiques (capping de l’extrémité 5’, polyadénylation de l’extrémité 3’…). Chez les eucaryotes, des molécules d’ARNm matures sont exportées du noyau au cytoplasme, où se trouvent les ribosomes. ④ L’ARNm mature est reconnu par la machinerie ribosomale de traduction, qui assemble les protéines. Les protéines sont ensuite adressées à leurs compartiments subcellulaires pour remplir leurs fonctions.

C3P3 est un système autonome qui synthétise les ARNm matures d’intérêt dans le cytoplasme de la cellule hôte :

Le système C3P3 est un système d’expression enzymatique artificiel qui produit non seulement la chaîne de l’ARNm d’intérêt, mais effectue également toutes les modifications critiques nécessaires à la traduction de l’ARNm. La synthèse de l’ARNm par le système C3P3 se fait dans le compartiment cytoplasmique de la cellule et n’interfère donc pas avec la machinerie transcriptionnelle de la cellule hôte.

Comment C3P3 fonctionne. La transcription est sous le contrôle de l’enzyme C3P3 présente dans le cytoplasme de la cellule hôte. Le système C3P3 consiste en une enzyme artificielle qui commence la transcription lorsque l’enzyme se fixe à une séquence promotrice spécifique de la matrice d’ADN. L’enzyme synthétise la chaîne de l’ARNm d’intérêt, puis les modifications critiques nécessaires à sa traduction par les ribosomes. ② L’ARNm mature est reconnu par la machinerie ribosomale, qui assemble les protéines. Les protéines sont ensuite adressées à leurs compartiments subcellulaires pour remplir leurs fonctions.

Le système C3P3 consiste en une enzyme artificielle et une (ou plusieurs) matrice(s) ADN :

L’enzyme C3P3 est une protéine artificielle simple sous-unité qui comporte des domaines ARN polymérase ADN-dépendant et autres impliqués dans la maturation de l’ARNm.

Cette enzyme artificielle reconnaît spécifiquement son propre promoteur C3P3 dans les matrices d’ADN. Une fois la transcription initiée, l’enzyme C3P3 produit la chaîne de l’ARNm d’intérêt, puis effectue plusieurs modifications critiques pour la traduction de l’ARNm, notamment le coiffage en extrémité 5 ’, la polyadénylation en extrémité 3’, et d’autres.

En raison de la conservation de la structure de l’ARNm et de ses modifications dans l’ensemble du règne eucaryote, le système C3P3 est potentiellement utilisable in cellulo ou in vivo avec toutes espèces eucaryotes (microorganismes, plantes et animaux).

C3P3: une équation élémentaire ! L’enzyme C3P3 artificielle présente dans le cytoplasme de la cellule hôte ② transcrit spécifiquement les matrices d’ADN contenant son promoteur ③ et synthétise l’ARNm d’intérêt mature.