Une nouvelle famille de facteurs d'hibernation des ribosomes bactériens

La vie cellulaire est soumise à de nombreux stress environnementaux qui nécessitent l'adaptation rapide des mécanismes moléculaires fondamentaux pour préserver la survie. Parmi ces mécanismes, la mise en hibernation des ribosomes, ces complexes essentiels à la synthèse des protéines, constituent une réponse cruciale permettant de conserver l'énergie et de protéger le matériel traductionnel en période d'austérité.

La présente étude  révèle une avancée majeure dans la compréhension de ce processus, grâce à l'identification d'une nouvelle famille de facteurs d'hibernation ribosomale chez les bactéries, incarnées par la protéine Balon, découverte dans la bactérie psychrophile Psychrobacter urativorans . Cette découverte bouleverse le paradigme établi sur l'hibernation des ribosomes, jusque-là principalement modelée à partir d'organismes modèles tels que Escherichia coli , qui ne possèdent pas cette protéine.

Découverte et caractérisation de Balon

Par une approche combinée alliant cryo-microscopie électronique de haute résolution, expériences génétiques et analyses biochimiques, les auteurs montrent que Balon se trouve au site A du ribosome, un lieu stratégique d'entrée des molécules lors de la traduction. Contrairement aux facteurs d'hibernation connus, Balon se distingue par son aptitude à fixer aussi bien les ribosomes vacants qu'actifs, c'est-à-dire ceux toujours engagés dans la lecture d'un ARNm et la synthèse protéique, associé au facteur de traduction EF-Tu.

Cette liaison induit une inactivation rapide et efficace des ribosomes, permettant une réaction quasi instantanée aux variations environnementales, notamment au froid ou lors de la phase stationnaire, où la croissance cellulaire ralentit considérablement. Ainsi, Balon introduit un nouveau paradigme : l'hibernation ribosomale peut débuter sans attendre l'arrêt complet de la traduction.

Distribution et rôle physiologique

Une exploration extensive du génome bactérien dévoile que près de 20% des espèces bactériennes, couvrant une grande diversité taxonomique, codent pour des homologues de Balon, y comprenant des pathogènes comme Mycobacterium tuberculosis . Loin d'être un facteur obscur réservé aux extrêmophiles, Balon apparaît comme une composante ubiquitaire et structurée du répertoire bactérien de réponse au stress.

Fonctionnellement, la protéine exerce des effets contrastés : elle freine légèrement la croissance cellulaire dans des conditions optimales, mais confère un avantage indéniable lors de la sortie de dormance, consolidant la reprise après un stress prolongé. Par ailleurs, Balon inhibe puissamment la synthèse protéique in vitro, ce qui souligne son rôle de régulateur essentiel de la machinerie traductionnelle.

Structure et mécanisme d'action

À l'échelle structurale, Balon présente une architecture singulière, apparentée aux facteurs de traduction archéo-eucaryotes du type aeRF1, tels que le facteur de terminaison aeRF1 et le facteur de secours Pelota. Cependant, Balon porte des modifications fonctionnelles majeures qui lui confèrent sa spécificité et ses propriétés uniques, dont l'absence de certains motifs typiques de reconnaissance d'ARNm.

Il interagit au site de décodage et au centre catalytique du ribosome tout en exploitant une boucle protéique particulière pour immobiliser la protéine ribosomale bL27, neutralisant ainsi la capacité du ribosome à catalyser la formation des liaisons peptidiques et prévenant la libération prématurée des peptides naissants.

La coopération avec EF-Tu, connue pour son rôle dans la livraison des aminoacyl-ARNt, est ici détournée dans un contexte de stress. Balon se lie préférentiellement à la forme GDP de EF-Tu, contrastant avec la manière dont les autres facteurs et ARNt interagissent avec EF-Tu sous sa forme liée au GTP, impliquant un mécanisme d'assemblage inédit et une fonction élargie pour EF-Tu lors de la réponse au stress.

Implications biologiques et perspectives

Cette étude invite à repenser profondément les modèles actuels de l'hibernation ribosomale, exposant une complexité inattendue et une diversité jusque-là insoupçonnée des facteurs bactériens d'hibernation. L'existence de Balon éclaire notamment la capacité d'hiberner des ribosomes encore en cours d'élongation, un mécanisme particulièrement adapté aux bactéries à faible taux de croissance, chez lequel les cycles de traduction sont prolongés.

En outre, la découverte de ce lien entre Balon et EF-Tu ouvre des pistes inédites pour comprendre comment les cellules bactériennes perçoivent et intègrent les signaux énergétiques et métabolismes liés à la disponibilité en GTP et GDP, ainsi que d'autres nucléotides comme le ppGpp, dans la régulation de la traduction.

Enfin, compte tenu du rôle crucial d'EF-Tu comme cible d'antibiotiques et de la contribution de Balon à la survie bactérienne en conditions défavorables, cette nouvelle famille de facteurs d'hibernation pourrait constituer une cible intéressante pour le développement de nouvelles stratégies antimicrobiennes.

Cette synthèse met en lumière la portée révolutionnaire des travaux présentés, attestant d'une avancée dans la compréhension des mécanismes cellulaires conservateurs face au stress, et illustrant la richesse fonctionnelle encore largement inexplorée des bactéries. Cette découverte méthodologique et conceptuelle illustre également la nécessité d'étendre les études à des organismes non modèles pour saisir la diversité biologique réelle.