Éric Westhof [3] es un bioquímico francés nacido en Uccle ( Bélgica ) el 25 de julio de 1948. Es miembro de la Académie des sciences , [4] jefe de Educación y Formación (DEF) y miembro de la Junta Directiva de la Fundación "La Main à la pâte". [5] Es profesor emérito de bioquímica estructural en la Universidad de Estrasburgo en el Instituto de Biología Molecular y Celular. [6]
Después de obtener una licenciatura en ciencias físicas en la Universidad de Lieja , realizó trabajos de investigación en la Universidad de Ratisbona ( Alemania ) con una beca EURATOM con vistas a obtener el doctorado en la Universidad de Lieja en 1974. Luego se convirtió en investigador. asociado (con una beca Fulbright-Hays ) en la Universidad de Wisconsin hasta 1977 en el laboratorio del profesor M. Sundaralingam. Gracias a una beca EMBO , se estableció en 1981 en el Instituto de Biología Molecular y Celular del Centro Nacional de la Investigación Científica (IBMC-CRNS), afiliado a la Universidad Louis Pasteur (ULP-Estrasburgo) en Francia. En 1984 obtuvo una plaza de investigador (CR1) y es profesor de bioquímica estructural desde 1988. De 2005 a 2016, fue director de la Unidad de Investigación del CNRS "Arquitectura y Reactividad del ARN " en el Instituto de Estudios Moleculares. y Biología Celular (IBMC), donde fue director de 2006 a 2016. De 2003 a 2007 fue presidente de la Comisión de Investigación de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad Louis Pasteur, donde fue miembro electo del Consejo Científico desde 2002. -2006. Luego fue elegido vicepresidente de investigación y formación doctoral (2007-2008). Junto con Alain Beretz, participó en la fusión de las tres universidades de Estrasburgo y fue vicepresidente de investigación y formación doctoral en la Universidad de Estrasburgo entre 2009 y 2012.
Eric Westhof es editor ejecutivo de Nucleic Acids Research (OUP), editor de la revista RNA (CSHP) y editor asociado del Journal of Molecular Recognition (Wiley).
Su área de investigación se refiere a la biología estructural de los ácidos nucleicos ( estereoquímica , topología , modelado y bioinformática ) y especialmente a las moléculas de ácido ribonucleico (ARN). Ha desarrollado herramientas informáticas dedicadas al refinamiento cristalográfico y la manipulación informática de ácidos nucleicos. [7] Estos han dado lugar a excelentes estructuras de ARN tridimensionales. Durante más de una década, los cristalógrafos de ácidos nucleicos han utilizado estas herramientas en muchos países. En una época en la que sólo se conocía la estructura del ARN de transferencia, él y François Michel propusieron un modelo tridimensional de la estructura del núcleo de los intrones autocatalíticos del grupo I. [8] Diez años más tarde, la cristalografía confirma la arquitectura del modelo, ofreciendo así un vasto campo de nuevas aplicaciones en biología estructural. También se ha propuesto el plegamiento de otras ribozimas (virus de la hepatitis delta, ribonucleasa P, ribozima en horquilla). Varios años después de estas publicaciones, estructuras cristalinas independientes han demostrado la precisión de la arquitectura de los pliegues y las interacciones responsables del autoensamblaje. Su experiencia en modelado de estructuras de ARN le ha llevado a colaborar con varios grupos. Así, junto con F. Eckstein y T. Tuschl , se creó el primer modelo de ribozima con cabeza de martillo basándose en datos de fluorescencia. [9] Con el Dr. Kochoyan, se presentaron los primeros modelos de aptámeros de ARN modelados a partir de datos de resonancia magnética nuclear. [10] Con W. Filipowicz y F. Kolb, se ha publicado un modelo de escisión y unión de ARN bicatenario DICER que explica la maduración de los microARN. [11]
El análisis de las estructuras cristalográficas y las comparaciones con modelos teóricos permitieron establecer reglas de predicción del plegamiento del ARN. Con Neocles Leontis, Eric Westhof propuso una ontología de pares entre bases de ácidos nucleicos que permite la anotación automática de estructuras cristalinas y la investigación bioinformática de regiones estructuradas en secuencias de ARN; [12] Este trabajo de bioinformática estructural del ARN ha permitido identificar un conjunto de limitaciones en la secuencia que permiten modelos arquitectónicos del ARN. Este conjunto de reglas y restricciones, que pueden leerse a partir de alineamientos de secuencias y manipularse por computadora, les permite deducir arquitecturas de ARN, lo cual es esencial para nuestra comprensión de la función y la evolución estructural de los ARN.
Eric Westhof ha ampliado sus estudios físico-químicos, estructurales y dinámicos de los ARN a aspectos funcionales y evolutivos, así como a la predicción de interacciones moleculares fuertes y específicas con moléculas de interés terapéutico. Las estructuras cristalográficas de muchos complejos entre los antibióticos aminoglucósidos y el sitio A de la partícula 30S de los ribosomas eubacterianos [13] muestran claramente el origen de la especificidad de unión y la resistencia inducida por estos aminoglucósidos . Recientemente, con Marat y Gula Yusupov y sus colaboradores, se ha demostrado una comprensión detallada de los errores de decodificación debidos a formas tautoméricas de los pares entre G y U. [14] [15] En paralelo con Henri Grosjean, resulta de gran interés una nueva representación del código genético anclado en estructuras de ribosomas relacionadas con el ARN mensajero y el ARN de transferencia e integrando las numerosas observaciones sobre los efectos de los cambios en los ARN de transferencia. [dieciséis]
Otros artículos basados en el análisis de estructuras cristalográficas y bioinformáticas han generado un gran número de citas. En 1984, el equipo de Eric Westhof y Marc van Regenmortel demostró una correlación que resultó ser fundamental en inmunoquímica: los epítopos de antígenos generalmente tienen mayor movilidad que las regiones menos inmunogénicas de las proteínas. [17] Con Pascal Auffinger, se estableció la importancia y especificidad de los enlaces mediados por átomos de halógeno en macromoléculas biológicas y ácidos nucleicos. [18] Finalmente, con el consorcio Genolevures, [19] anotaron los ARN no codificantes de las levaduras además de los genes codificantes y los compararon entre levaduras.
Las bases naturales de los ácidos nucleicos forman una gran variedad de pares de bases con al menos dos enlaces de hidrógeno entre ellas. Estos enlaces de hidrógeno pueden ocurrir entre átomos que pertenecen a cualquiera de los tres bordes de los ácidos nucleicos. Las posibles combinaciones llevan a una clasificación en doce familias principales, siendo la familia Watson-Crick una de ellas. [12] En una familia determinada, algunos de los pares de bases son isostéricos entre sí, lo que significa que las posiciones y las distancias entre los átomos de carbono C1' son muy similares. La isostericidad de los pares Watson-Crick entre las bases complementarias constituye la base de las hélices de ARN y de la estructura secundaria de ARN resultante (covariación). Además, varios conjuntos definidos de pares de bases que no son de Watson-Crick se ensamblan en módulos de ARN que forman bloques de construcción recurrentes, bastante regulares, de la arquitectura terciaria de los ARN plegados. Los módulos de ARN son intrínsecos a la arquitectura del ARN y, por lo tanto, están desconectados de una función biológica específicamente adjunta a una secuencia de ARN. Los módulos de ARN se encuentran en todos los reinos de la vida y en ARN estructurados con diversas funciones. Debido a restricciones químicas y geométricas, la isostericidad entre pares que no son de Watson-Crick está restringida y esto conduce a una mayor conservación de secuencia con coevolución ( redes neutrales ) en módulos de ARN con, en consecuencia, mayores dificultades para extraer información 3D del análisis de secuencia.
Las hélices de ácido nucleico se reconocen en varios procesos biológicos, como durante la replicación de ácidos nucleicos o la decodificación traslacional ribosómica . En las polimerasas y en el sitio de decodificación ribosómica , el reconocimiento se produce en los lados de los surcos menores de los fragmentos helicoidales. Con o sin el uso de conformaciones alternativas, formas protonadas o tautoméricas de las bases, se pueden formar y estabilizar algunos pares de bases con geometrías similares a Watson-Crick. [14] Varios de estos pares con geometrías similares a Watson-Crick extienden el concepto de isostericidad más allá del número de pares isostéricos formados entre bases complementarias. [15] Estas observaciones establecen, por lo tanto, límites y restricciones a la selección geométrica en el reconocimiento molecular de pares complementarios de Watson-Crick para la fidelidad en los procesos de replicación y traducción. [20]
Los principios básicos de la decodificación del ARNm se conservan en todas las formas de vida existentes. Presentamos una visión integradora de todas las complejas redes de interacción entre ARNm , ARNt y ARNr : la estabilidad intrínseca de los trímeros codón - anticodón , la conformación espacial del bucle madre anticodón del ARNt, la presencia de nucleótidos modificados, la aparición de Pares Watson-Crick en la hélice codón-anticodón y las interacciones con bases de ARNr en el sitio de decodificación. [21] Derivamos una representación alternativa rica en información de la tabla de códigos genéticos . La nueva organización de los 64 codones es circular con una distribución asimétrica de codones que conduce a una clara segregación entre cajas de 4 codones ricas en GC y cajas de codones 2:2 y 3:1 ricas en AU. [16] La ventaja de integrar datos en este sistema de decodificación circular es que todas las variaciones de la secuencia de ARNt se pueden visualizar, dentro de un marco estructural y energético interno, para cada organismo y anticodón . Dentro de esta nueva representación, la multiplicidad y complejidad de las modificaciones de nucleótidos, especialmente en las posiciones 34 y 37 del bucle anticodón, se segregan significativamente y se correlacionan bien con la necesidad de estabilizar los pares codón-anticodón ricos en AU y evitar codificaciones erróneas en cajas de codones divididos. Esta red de interacciones basada en estructuras da como resultado una decodificación energéticamente uniforme de todos los ARNt que pueden adaptarse a las limitaciones celulares. Se considera que la evolución y expansión del código genético se basó originalmente en el contenido de GC con la introducción progresiva de A/U junto con modificaciones de ARNt y enzimas de modificación . Esto permite una gran diversidad de uso de codones dependiendo del contenido de GC del genoma y del número y tipos de ARNt. La representación debería ayudar a la ingeniería del código genético de aminoácidos no naturales.
En resumen, para maximizar la diversidad en el uso de codones sin aumentar el número de ARNt diferentes (para decodificar los 61 codones de sentido ), las células desarrollaron conjuntos sofisticados de modificaciones de ARNt que están anclados en vías enzimáticas metabólicas celulares. El código genético no se traduce universalmente y existen varias diferencias entre los organismos y en los tres reinos de la vida. En cada organismo existe una conectividad muy fuerte entre los elementos responsables de la confiabilidad y eficiencia del proceso de decodificación del código genético. La multiplicidad de estos elementos altamente interconectados y la integración de los diversos flujos de información biológica permiten en última instancia el mantenimiento de la homeostasis celular sutil y colocan los procesos de traducción en el centro de las actividades celulares.