Comment les ribosomes s'associent au NAC pour marquer les protéines en vue de leur ancrage membranaire

N-glycine myristoylation—l'attachement d'un acide gras à 14 carbones à l'extrémité N-terminale des protéines nouvellement synthétisées—est essentielle pour permettre aux protéines de s'ancrer de manière réversible aux membranes cellulaires et de participer à la signalisation, aux réponses au stress et à la fonction immunitaire. Cette modification est réalisée de manière co-traductionnelle par les N-myristoyltransférases (NMT1 et NMT2), des enzymes qui doivent agir pendant que la protéine est encore en cours d'assemblage sur le ribosome. La dérégulation de NMT2 spécifiquement a été associée à l'hypertrophie cardiaque et à l'insuffisance cardiaque, les cardiomyocytes de patients présentant des réductions allant jusqu'à 60 % des niveaux de NMT2, ainsi qu'à certains cancers. Malgré son importance biomédicale, le mécanisme moléculaire par lequel NMT2 est recruté sur les ribosomes et accède aux substrats naissants était resté inconnu.

Pour combler cette lacune, Zdancewicz et ses collègues ont d'abord confirmé, par centrifugation sur gradient de saccharose dans des cellules HEK293, que NMT2 co-localise avec les fractions ribosomiques dans des cellules humaines vivantes. Ils ont ensuite réalisé des tests de liaison in vitro avec des ribosomes humains purifiés et ont montré que NMT2 se lie directement aux ribosomes, la liaison étant approximativement doublée en présence du complexe hétérodimérique associé aux polypeptides naissants (NAC). En utilisant des complexes ribosome-chaîne naissante (RNCs) chargés avec des longueurs variables de MARCKS—un substrat spécifique de NMT2—l'équipe a constaté que la liaison de NMT2 était relativement constante selon les longueurs de chaîne naissante, avec un pic modeste à 74 acides aminés, la longueur retenue pour les études structurales.

La pièce maîtresse de l'étude est une structure cryo-EM haute résolution du complexe ternaire RNC:NMT2:NAC. La structure révèle que NMT2 et NAC forment ensemble un canal étendu directement continu avec le tunnel de sortie du polypeptide ribosomal, guidant physiquement la chaîne naissante depuis le tunnel jusqu'à la poche catalytique de NMT2. De manière frappante, la densité cryo-EM montre les neuf premiers acides aminés du substrat MARCKS positionnés dans le site catalytique, avec des chaînes latérales visibles et des interactions électrostatiques entre les résidus du substrat et NMT2. La densité du coenzyme A est également résolue dans le site actif, capturant un état intermédiaire de la réaction.

La structure révèle également un ancrage par l'ARN ribosomal jusqu'alors non décrit : l'hélice 59 de l'ARNr 28S s'enroule autour de NMT2 pour l'ancrer à la surface ribosomique, orientant son site catalytique vers la sortie du tunnel. La queue C-terminale de NACβ établit des contacts directs avec NMT2, et des expériences de troncature ont confirmé que cette queue est nécessaire au recrutement efficace de NMT2. De même, la queue N-terminale de NMT2 contribue à la liaison au ribosome, et sa délétion réduit l'association. De nombreux contacts entre NMT2, NAC et plusieurs protéines ribosomiques (notamment uL22, uL24 et eL39) stabilisent davantage le complexe.

Ces résultats établissent NAC comme coordinateur principal qui recrute séquentiellement la méthionine aminopeptidase (qui clive la méthionine initiatrice pour exposer la glycine), puis NMT2 sur le ribosome, assurant ainsi une modification co-traductionnelle ordonnée. Le schéma mécanistique fourni ici ouvre des voies pour la conception de médicaments guidée par la structure, ciblant les interactions NMT2-ribosome dans les maladies cardiaques et le cancer, et soulève des questions quant à la manière dont NMT1 et NMT2 se font concurrence ou coopèrent pour les substrats dans différents tissus.