Des chercheurs apportent un éclairage nouveau sur la structure de l'ARN

Des chercheurs australiens et américains ont fait une percée dans la compréhension de la structure d'une molécule génétique clé, appelée ARN, et ont révélé pour la première fois comment ces changements affectent la fonction de l'ARN.

Publication dans le journal La nature, l'équipe de recherche a développé une technique bioinformatique pour résoudre des structures distinctes d'ARN plutôt que de les voir comme un «flou» faisant la moyenne de plusieurs structures. Cela a étayé leur découverte que la structure de l'ARN peut influencer le fonctionnement des cellules.

L'ARN est une molécule semblable à l'ADN qui code pour l'information génétique. Certains virus – dont le VIH et le SRAS-CoV2 – utilisent l'ARN comme matériel génétique. L'équipe a pu appliquer les techniques développées pour révéler comment la structure du génome de l'ARN du VIH influence les protéines produites par le virus.

L'équipe de collaboration internationale était dirigée par le chercheur du Walter et Eliza Hall Institute, le Dr Vincent Corbin, ainsi que par M. Phil Tomezsko et le professeur Silvi Rouskin du Whitehead Institute for Biomedical Research, Boston (États-Unis). L'équipe de recherche comprenait également le professeur Tony Papenfuss, responsable du thème de biologie computationnelle de l'Institut, et le mathématicien et doctorant M. Lachlan McIntosh.

D'un coup d'œil

• L'ARN est une molécule qui transporte des informations génétiques, contrôlant le fonctionnement des cellules.
• Une équipe de recherche collaborative a utilisé des méthodes informatiques avancées pour détecter différentes structures d'ARN, qui jusqu'à présent ne pouvaient être distinguées.
• En utilisant le VIH comme système modèle, l'équipe a découvert que différentes structures d'ARN influençaient le comportement du virus. C'est la première fois que des changements dans la structure de l'ARN influent sur la façon dont cette molécule contrôle la fonction des cellules.

Formes changeantes de l'ARN

L'ARN est une molécule présente dans tous les êtres vivants qui transporte des informations génétiques. L'ARN est un régulateur important du fonctionnement des cellules, contrôlant directement les protéines qui sont produites dans les cellules, et peut également activer et désactiver les gènes.

Les molécules d'ARN ont une structure bidimensionnelle qui influence la façon dont les informations génétiques qu'elles contiennent peuvent être consultées, a déclaré le Dr Corbin, qui a dirigé les recherches bioinformatiques du projet.

« La grande question en biologie de l'ARN a été de savoir si les molécules d'ARN ont une structure unique et constante, ou si elles peuvent basculer entre différentes structures – et ce que cela signifie pour la fonction d'une molécule d'ARN particulière », a-t-il déclaré.

« Nos collaborateurs, dirigés par le professeur Silvi Rouskin, ont développé une technique pour déchiffrer la structure des molécules d'ARN. Nous voulions comprendre si ce que nous détections était une seule structure d'ARN, ou une structure » moyenne « qui brouille plusieurs structures différentes. »

« C'est un peu comme voir des bandes rouges et jaunes, ou les estomper ensemble et penser que vous pouvez voir l'orange », a-t-il déclaré.

En développant un algorithme de calcul, l'équipe a pu détecter et mesurer la quantité de différentes structures d'ARN.

Nous avons pu les détecter à la fois dans un tube à essai et dans des cellules vivantes, nous avons donc examiné si ces structures influençaient le fonctionnement de l'ARN. « 

Dr Vincent Corbin, chef de projet, Recherche en bioinformatique, Walter et Eliza Hall Institute

Changer la fonction de l'ARN

Lorsque l'ARN est produit dans les cellules, il commence sous une forme plus longue qui est «épissée» ou coupée pour éliminer les parties indésirables.

« L'épissage de l'ARN peut influencer la façon dont il code pour les protéines », a déclaré le Dr Corbin. « Il existe de nombreux exemples de la façon dont l'épissage d'ARN modifié influence le fonctionnement d'une cellule – et dans certains cas, des changements dans l'épissage d'ARN ont été associés au cancer ou à des maladies neurodégénératives. »

Certains virus utilisent l'ARN pour leur génome, y compris le VIH et le SRAS-CoV2 (le coronavirus qui cause COVID-19). Dans le cas du VIH, l'épissage de l'ARN influence la protéine produite par le virus – qui change à différents stades du cycle de vie du virus.

« En utilisant le génome du VIH comme système modèle, nous avons examiné si la structure de l'ARN influence la façon dont l'ARN du VIH est épissé. Nous avons découvert que la structure de l'ARN était un déterminant essentiel de l'épissage de l'ARN dans le VIH et influencé les protéines virales produites », a déclaré le Dr Corbin. .

« Il s'agit de la première preuve claire de la façon dont la structure de l'ARN peut contrôler la fonction de l'ARN. Les techniques que nous avons développées ont ouvert un nouveau champ de recherche sur le rôle de la structure de l'ARN dans la régulation de la fonction des cellules. »

Le professeur Papenfuss a déclaré que la recherche a montré à quel point les systèmes biologiques sont finement réglés. « Cette étude montre comment des changements très subtils dans une minuscule molécule peuvent avoir de grandes implications pour la fonction d'un virus. En utilisant la biologie informatique pour démêler ces changements, nous avons fait une découverte significative sur le fonctionnement des virus – et potentiellement des cellules humaines -, qui peut étayer les découvertes futures sur la santé et la maladie. «