Les riboswitches sont des domaines d’ARNm non codants qui régulent la transcription et la traduction des gènes en aval sans l’aide de protéines. Les riboswitches se lient directement à un métabolite et peuvent former des structures en tige-boucle ou en épingle à cheveux uniques en réponse à la quantité de métabolite Ils ont deux régions distinctes : un aptamère de liaison aux métabolites et une plate-forme d’expression.
L’aptamère a une spécificité élevée pour un métabolite particulier qui permet aux riboswitchs de réguler spécifiquement la transcription même en présence de nombreuses autres biomolécules. Les aptamères se lient à une gamme de molécules organiques, notamment les purines, les coenzymes et les acides aminés. Ils se lient également à des molécules inorganiques comme les cations magnésium et les anions fluorure. La plupart des aptamères lient leurs ligands par des liaisons hydrogène ou des interactions électrostatiques. Il peut y avoir un ou plusieurs sites de liaison pour le ligand sur un riboswitch. Dans le riboswitch de la lysine, un seul site de liaison à la lysine est présent sur l’aptamère. En revanche, dans le riboswitch de la glycine, deux aptamères distincts spécifiques de la glycine sont présents sur l’ARNm, ce qui permet à l’aptamère de ne détecter que des concentrations très élevées de glycine, car le riboswitch ne fonctionne que lorsque deux molécules sont liées.
La plate-forme d’expression régule la transcription ou la traduction en formant une structure anti-terminateur ou terminateur. La formation de ces structures dépend de la liaison du métabolite à l’aptamère. À de faibles concentrations, les métabolites ne se lient pas à l’aptamère. Cela signalera à la plate-forme d’expression de former une structure anti-terminaison qui permettra à la transcription ou à la traduction de se poursuivre. En revanche, lorsque le métabolite est présent à des concentrations élevées, il se lie à l’aptamère. Dans ce cas, la plate-forme d’expression forme une structure de terminaison suivie d’une série de résidus uracile, ce qui force l’ARN polymérase à se dissocier du transcrit et du brin d’ADN, mettant ainsi fin à la transcription. Une plate-forme d’expression peut également inhiber la liaison du ribosome au transcrit en formant une structure en épingle à cheveux avec le site de liaison du ribosome, également connu sous le nom de séquence Shine-Dalgarno, empêchant l’initiation de la traduction. Un autre mécanisme par lequel les riboswitches régulent la transcription est en agissant comme des enzymes ARN, ou ribozymes, ce qui est observé dans le riboswitch-ribozyme glmS. Ces ribozymes clivent l’ARNm du riboswitch lorsque le métabolite est lié, puis l’ARNm restant est dégradé par la RNase, entraînant l’inhibition de la traduction.
On pensait que les riboswitches n’étaient présents que chez les bactéries et les archées, mais récemment, ils ont également été observés chez les plantes et les champignons. Jusqu’à présent, seuls des riboswitchs spécifiques au pyrophosphate de thiamine (TPP) ont été trouvés chez les eucaryotes. Contrairement aux bactéries, les gènes eucaryotes contiennent des introns qui ne permettent pas à la transcription et à la traduction de se produire simultanément dans le même transcrit ; par conséquent, ces riboswitches régulent la transcription par épissage alternatif. Dans certaines usines, un riboswitch TPP est présent dans la région 3' intron non traduite du gène THIC. Les faibles niveaux de TPP masquent les 5’ site d’épissure du 3' région non traduite produisant un ARNm stable. Cependant, lorsque de fortes concentrations de TPP sont présentes, le TPP se lie au riboswitch et expose le site d’épissage 5’ de la région 3' non traduite. L’élimination de l’intron produit un ARNm instable qui ne peut pas produire de protéine.
