Dans tous les organismes vivants, les ARN de transfert sont synthétisés d’abord sous forme de transcrits primaires plus longs, nécessitant une maturation de leurs extrémités 5’ et 3’. L’extrémité 5’ est maturée par le ribozyme endonucléolytique quasi-universel, la RNase P, alors que la maturation de l’extrémité 3’ peut être exonucléolytique ou endonucléolytique. La voie endonucléolytique est catalysée par une enzyme appelée la RNase Z ou 3’-tRNase. La RNase Z clive les ARNt-précurseurs immédiatement après la base discriminatrice (le nucléotide non apparié en amont du motif CCA utilisé par beaucoup d'ARNt synthétases comme élément d'identité) dans la plupart des cas, fournissant un ARNt prêt à l’addition du motif CCA par la nucléotidyl transférase. On retrouve la RNase Z dans la grande majorité, si ce n’est la totalité, des eucaryotes et des archébactéries, et dans la moitié environ des bactéries dont les génomes ont été séquencés. L’enzyme est souvent essentielle et, chez l’homme, des mutations dans l’un des deux gènes codant la RNase Z (ELAC2) ont été associées au cancer de la prostate. Dans beaucoup d’organismes, la RNase Z est inhibée par la présence du motif CCA dans l’ARNt-précurseur, évitant ainsi des cycles sans fin d'addition et de clivage de ce motif. L’activité de la RNase Z est également inhibée par de longues extensions en 5’ des ARNt, ce qui suggère que ces extrémités doivent être obligatoirement maturées par la RNase P, avant que la RNase Z ne mature l’extrémité 3'. Dans ces articles (Li de la Sierra-Gallay et al. Nature 433:657-661, 2005 et Li de la Sierra-Gallay et al. Nature Structural and Molecular Biology 13:376-377, 2006), nous présentons la structure cristallographique de la RNase Z de Bacillus subtilis libre et complexée à l’ARNt^Thr (voir Figure). Les structures nous permettent de proposer un mécanisme catalytique et d’expliquer les propriétés allostériques de l’enzyme. Elles permettent également d’expliquer les mécanismes d’inhibition par le motif CCA et les extensions en 5’ de l’ARNt. La structure met en évidence l’adaptabilité extraordinaire du domaine métallo-hydrolase de la famille des b-lactamases au clivage de liaisons covalentes

Transfer RNAs are synthesized as part of longer primary transcripts that require processing of both their 3’ and 5’ extremities in every living organism known. The 5’ side is matured by the quasi-universally conserved endonucleolytic ribozyme, RNase P, while removal of the 3’ tails can be either exonucleolytic or endonucleolytic. The endonucleolytic pathway is catalysed by an enzyme known as RNase Z, or 3’ tRNase. RNase Z cleaves precursor tRNAs immediately after the discriminator base (the unpaired nucleotide 3’ to the last base-pair of the acceptor stem used as an identity determinant by many aminoacyl-tRNA synthetases) in most cases, yielding a tRNA primed for addition of the CCA motif by nucleotidyl transferase. RNase Z is found in the vast majority, if not all, eukaryotes and archaea and in about half of the sequenced bacteria. It is often essential for growth and mutations in one of the two genes encoding RNase Z (ELAC2) have been linked with prostate cancer in man. In many organisms, RNase Z activity is severely inhibited by the presence of a CCA motif in the pre-tRNA, thus preventing futile cycles of CCA removal and re-addition. RNase Z activity is also inhibited by long 5’ extensions in bacteria, plants and animals, suggesting that for many tRNAs, RNase P processing of the 5’ end precedes cleavage by RNase Z in vivo. In these papers (Li de la Sierra-Gallay et al. Nature 433:657-661, 2005 and Li de la Sierra-Gallay et al. Nature Structural and Molecular Biology 13:376-377, 2006) we present the crystal structures of Bacillus subtilis RNase Z free and complexed to tRNA^Thr (see Figure). The structures allow us to propose a cleavage mechanism and to explain the allosteric properties of the enzyme. It also sheds light on the mechanisms of inhibition by the CCA motif and long 5’ extensions. Finally, it highlights the extraordinary adaptability of the metallo-hydrolase domain of the b-lactamase family for the hydrolysis of covalent bonds.

Légende : La RNase Z fixée à l’ARNt^Thr résolue à 2.9Å. Les hélices-a sont en bleu, les brins-b sont en mauve, l'ARNt^Thr en vert. La structure résolue contient un monomère de la RNase Z fixée à l’ARNtThr; la deuxième sous-unité du dimère fonctionnel (en rouge) a été crée par une opération de symétrie cristallographique. Des ions de Zn²⁺ dans le site catalytique sont représentés par des petits sphères.

Legend: RNase Z bound to transfer RNA^Thr at 2.9 Å resolution. a-helices are shown in blue, b-strands in mauve, tRNA^Thr in green. The structure was solved as a monomer of RNase Z bound to tRNA^Thr; the second subunit of the functional dimer (red) was created by crystallographic symmetry. Zn²⁺ ions in the active site are represented as small spheres.