Un cadre thermodynamique pour la liaison de Mg 2+ à l'ARN

Nous présentons un modèle décrivant comment Mg(2+) se lie et stabilise des structures ARN spécifiques. Dans ce modèle, la stabilisation de l'ARN provient de deux modes de liaison de Mg(2+) énergétiquement distincts : la liaison diffuse et la liaison sur site. Le Mg(2+) lié de façon diffuse est électrostatiquement attiré par le champ anionique fort autour de l'ARN et est décrit avec précision par l'équation de Poisson-Boltzmann comme un ensemble distribué selon les potentiels électrostatiques autour de l'acide nucléique. Le Mg(2+) lié sur site est fortement attiré par des ligands électropositifs arrangés de manière spécifique qui désolvatisent l'ion et le site de liaison de l'ARN. Ainsi, la liaison sur site est une compétition entre la forte attraction coulombienne et le coût élevé de désolvater l'ion et sa poche de liaison. En utilisant ce cadre, nous analysons trois systèmes où un seul Mg(2+) lié sur site peut être important pour la stabilité : l'hélice P5 et la boucle tige P5b du domaine P4-P6 de l'intron du groupe I de Tetrahymena thermophila et un fragment de 58 nt de l'ARN ribosomal 23S d'Escherichia coli. Le Mg(2+) lié de façon diffuse joue un rôle dominant dans la stabilisation de ces structures ARN. Ces ions stabilisent les structures repliées, en partie, en s'accumulant dans des régions de haut potentiel électrostatique négatif. Ces régions de localisation de Mg(2+) correspondent aux ions observés dans les structures de cristallographie aux rayons X et de RMN de l'ARN. En revanche, la contribution de la liaison sur site à la stabilité de l'ARN est souvent assez faible en raison de la grande pénalité de désolvation. Cependant, dans des cas particuliers, la liaison sur site de Mg(2+) partiellement déshydraté à des emplacements avec un potentiel électrostatique extrêmement élevé peut également aider à stabiliser les structures ARN repliées.