4.2.1 Polymérase II

Bien que la terminaison de la transcription ait été beaucoup moins explorée que son initiation, les 25 dernières années ont révélé que la libération précise et au bon moment de la transcription naissante et des ARN polymérases du modèle d’ADN est cruciale pour le devenir de l’ARN ainsi que pour la maintenance globale du génome.

Des travaux ultérieurs ont révélé que Rat1 dans la levure et Xrn2 chez l’homme étaient responsables de l’activité de la torpille et que l’absence de l’une ou l’autre enzyme, ainsi que de l’activateur de Rat1 Rai1 dans la levure, conduit à un défaut de terminaison, qui se manifeste par une lecture extensive de la transcription. Il est également possible qu’un homologue de la plante Rat1, Arabidopsis AtXRN3, agisse comme facteur de terminaison de la transcription de manière similaire à Rat1/ Xrn2. Les approches à haut débit ont révélé une accumulation de transcrits non codants de l’extrémité 3′ des gènes d’ARNm et de microARN (miARN) dans le mutant de knockdown xrn3, qui peuvent correspondre à des molécules de lecture transcriptionnelle. Ainsi, AtXRN3 peut participer à une surveillance globale de l’extrémité de l’ARN 3′ en raison de son activité de terminaison de torpille.

Le mécanisme de la torpille dépend de l’activité catalytique de l’exonucléase de Rat1, et pas seulement de sa présence. Le substrat d’ARN monophosphorylé pour Rat1/Xrn2 pendant la synthèse de l’ARNm est généré à la suite d’un clivage cotranscriptionnel (CoTC) au site de polyadénylation par la machinerie de formation de l’extrémité 3′ de l’ARNm. Plus précisément, ce processus est effectué par le composant Ysh1 du CF II dans la levure ou la sous-unité CPSF-73 correspondante du facteur de spécificité de clivage et de polyadénylation humain (CPSF) (revu en Réf. ). Deux facteurs ont été proposés pour contribuer à un licenciement efficace: l’intensité du signal poly(A) et l’action de l’exonucléase dégradant le produit de clivage 5′, ce qui facilite la mise en pause de la polymérase en aval du site poly(A) et favorise sa libération. D’autre part, une terminaison altérée dépendante de Rat1 n’abolit pas la reconnaissance correcte du site poly(A) et le clivage de l’ARNm.

D’autres sites d’entrée Rat1/Xrn2 peuvent survenir par CoTC autocatalytique en aval du site poly(A) chez les mammifères ou par clivage endonucléolytique par Rnt1 chez les levures. Ce dernier cas a été rapporté comme un mécanisme de terminaison à sécurité intégrée pour les gènes codant des protéines, qui, avec la voie médiée par le complexe Nrd1 / Nab3 / Sen1 (NRD), fournit un mode de sauvegarde pour la libération de Pol II.

Bien que Rat1/ Xrn2 soit nécessaire pour une terminaison Pol II efficace, Rat1 ne déclenche pas la terminaison in vitro et son activité de dégradation 5′-3′ n’est pas suffisante pour favoriser la dissociation de la polymérase in vivo. De façon constante, la levure Xrn1 ciblée sur le noyau est capable de la dégradation cotranscriptionnelle de l’ARN naissant, mais ne sauve pas les défauts de terminaison causés par un déficit en Rat1. Ces observations suggèrent que le rattrapage de l’exonucléase avec la polymérase est nécessaire mais pas suffisant pour déstabiliser le complexe d’élongation, et qu’un élément supplémentaire du mécanisme de torpille fonctionne lors de la terminaison. Il a été postulé qu’une caractéristique unique de Rat1, le domaine de tour étendu, non présent dans les protéines Xrn1, pourrait être responsable de ses propriétés de terminaison. Il est concevable que le domaine de la tour subisse certaines modifications ou serve d’interface pour des interactions avec des facteurs d’amélioration de la terminaison. L’un des candidats possibles pour les facteurs stimulant la terminaison dépendante du Rat1 est l’ARN hélicase Sen1, qui est un composant clé de la voie de terminaison des ARN non codants chez les levures (voir ci-dessous) qui contribue également à la terminaison des gènes codant les protéines, avec l’effet le plus fort sur les ARNM plus courts. Sen1 interagit via son domaine N-terminal avec la plus grande sous-unité Pol II, Rpb1 et une altération de l’activité de l’hélicase Sen1 altère la distribution Pol II à l’échelle du génome sur les gènes codants et non codants. Il a été démontré que l’homologue humain de Sen1, la Sénataxine, favorise directement la terminaison de la transcription médiée par Xrn2 en résolvant les hybrides ARN:ADN (boucles R) formés derrière le Pol II allongé, principalement aux sites de pause riches en G en aval du site poly(A). Cette activité facilite l’accès de Xrn2 aux produits de clivage du site 3′ poly(A) et contribue ainsi au recrutement de l’exonucléase de torpille. On pense que le mode d’action de la levure Sen1 est similaire.

Une question sans réponse est de savoir comment Rat1 est recruté dans la polymérase allongée. Plusieurs observations soutiennent l’association de Rat1 via des protéines interagissant avec le domaine C-terminal Pol II (CTD) à travers leur domaine d’interaction CTD (CID), à savoir la sous-unité Pcf11 du facteur de clivage de levure IA (CFIA) et Rtt103 (régulateur de la transposition Ty1 103). Rat1 et Rai1 sont présents au niveau des promoteurs et des régions codantes avec un fort enrichissement aux extrémités 3′ des gènes. Il a été démontré que l’interaction fonctionnelle entre Rat1 et Pcf11 facilite le corecruitment mutuel des deux facteurs: Rat1 relie la terminaison à la formation de l’extrémité 3′ en stimulant le recrutement de facteurs de transformation de l’extrémité 3′, en particulier les sous-unités de l’ACIA Pcf11 et Rna15, tandis que Pcf11 contribue à l’association de Rat1 sur le site poly(A). En outre, il a été démontré que le Pcf11 humain améliorait la dégradation de l’ARN naissant et favorisait la terminaison de la transcription. À son tour, Rtt103, qui s’associe également près des extrémités 3′ des gènes, se copurifie avec Rat1, Rai1 et Pcf11, et avec Pcf11, reconnaît en coopération le CTD phosphorylé Ser2 du Pol II allongé. En revanche, la distribution de Rat1 sur les gènes n’est pas modifiée en l’absence de Rtt103. De plus, Rat1 termine également la transcription par Pol I, qui n’a pas de CTD, ce qui suggère que le recrutement de Rat1 peut également se produire via d’autres mécanismes. En effet, l’association de hXrn2 aurait été médiée par p54nrb/PFS (facteur d’épissage associé aux protéines), qui sont des protéines multifonctionnelles impliquées dans la transcription, l’épissage et la polyadénylation. Le rôle de p54nrb/PFS dans la terminaison de la transcription Pol II a également été démontré chez C. elegans.

En plus des ARNM, Pol II synthétise une large gamme de transcriptions non codantes, y compris de petits ARN nucléaires et des snoRNAs et une variété d’ARN instables. Chez la levure, la transcription de ces espèces relativement courtes est terminée principalement par un complexe NRD alternatif, composé des protéines de liaison à l’ARN Nrd1 et Nab3 et de l’hélicase Sen1 dépendante de l’ATP. Étant donné que ce mécanisme n’entraîne probablement pas de clivage endonucléolytique cotranscriptionnel, c’est l’activité de déroulement hybride de l’ARN Sen1: ADN qui est considérée comme essentielle à la dissociation de la polymérase, peut-être d’une manière similaire à l’hélicase bactérienne Rho ADN–ARN. Rho déstabilise probablement le complexe d’élongation en translocant et en enlevant l’ARN naissant de la polymérase. Un autre modèle allostérique postule que Rho se charge sur la polymérase et induit des réarrangements dans le site actif de l’enzyme aux sites de terminaison. Les deux modes d’action peuvent très bien s’appliquer à la Sen1 helicase.

Bien que Rat1 soit recruté dans les gènes du snoRNA, en particulier les gènes introniques, la terminaison des transcriptions du snoRNA dépendante de la NRD n’est pas altérée lorsqu’elle est manquante, et il a donc été suggéré qu’elle participe à certains événements de terminaison prématurée. Il est encore possible, cependant, que le mécanisme de torpille Rat1 puisse contribuer à la terminaison de transcription des snoRNAs, tels que U3 ou snR40, dont l’extrémité 3′ est libérée par le clivage Rnt1 qui expose l’extrémité 5′ de la transcription naissante restante pour l’attaque Rat1.