Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Vienne a réussi à développer une nouvelle version de blocs de construction d'ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées. Cela peut réduire considérablement le temps de production des puces à ARN utilisées dans la recherche biotechnologique et médicale. La synthèse chimique de ces puces est désormais deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue Progrès scientifiques.
L’apparition et l’approbation de médicaments à base d’ARN, comme les vaccins à ARNm, pendant la pandémie de COVID-19, ont fait connaître la molécule d’ARN au grand public. L’ARN (acide ribonucléique) est un polymère porteur d’informations, c’est-à-dire un composé chimique composé de sous-unités similaires, mais dont la diversité structurelle et fonctionnelle est bien plus grande que celle de l’ADN. Il y a environ 40 ans, une méthode de synthèse chimique de l’ADN et de l’ARN a été développée, dans laquelle n’importe quelle séquence peut être assemblée à partir de blocs de construction d’ADN ou d’ARN à l’aide de la chimie des phosphoramidites. L’assemblage d’une chaîne d’acide nucléique s’effectue étape par étape à l’aide de ces blocs de construction chimiques spéciaux (phosphoramidites). Chaque bloc de construction porte des « groupes protecteurs » chimiques qui empêchent les réactions indésirables et assurent la formation d’un lien naturel dans la chaîne d’acide nucléique.
Surmonter les défis
Cette méthode chimique est également utilisée dans la production de micropuces (microarrays), qui permettent de synthétiser et d'analyser simultanément des millions de séquences uniques sur une surface solide de la taille d'un ongle. Si les microarrays d'ADN sont déjà largement utilisés, l'adaptation de la technologie aux microarrays d'ARN s'est avérée difficile en raison de la moindre stabilité de l'ARN.
En 2018, l’Université de Vienne a démontré comment produire des puces à ARN haute densité par photolithographie : en positionnant précisément un faisceau lumineux, des zones de la surface peuvent être préparées pour la fixation du prochain élément de base par une réaction photochimique. Bien que ce premier rapport ait été une première mondiale et reste inégalé, la méthode souffrait de longs délais de production, de faibles rendements et d’une mauvaise stabilité. Cette approche a maintenant été considérablement améliorée.
Développement d'une nouvelle génération de briques de construction d'ARN
Une équipe de l’Institut de chimie inorganique de l’Université de Vienne, en collaboration avec l’Institut Max Mousseron des biomolécules de l’Université de Montpellier (France), a développé une nouvelle version de blocs de construction d’ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées. Cette avancée réduit considérablement le temps de production des puces à ARN, rendant la synthèse deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les puces à ARN innovantes peuvent être utilisées pour cribler des millions d’ARN candidats à la recherche de séquences précieuses pour un large éventail d’applications.
La création de microréseaux d'ARN contenant des molécules d'ARN fonctionnelles était tout simplement hors de portée avec notre configuration précédente, mais c'est maintenant une réalité avec ce processus amélioré utilisant le groupe protecteur propionyloxyméthyle (PrOM).
Jory Lietard, professeur adjoint, Institut de chimie inorganique, Université de Vienne
En tant qu'application directe de ces puces à ARN améliorées, la publication présente une étude sur les aptamères d'ARN, de petits oligonucléotides qui se lient spécifiquement à une molécule cible. Deux aptamères « lumineux » qui produisent une fluorescence lors de la liaison à un colorant ont été choisis et des milliers de variantes de ces aptamères ont été synthétisées sur la puce. Une seule expérience de liaison suffit à obtenir des données sur toutes les variantes simultanément, ce qui ouvre la voie à l'identification d'aptamères améliorés avec de meilleures propriétés diagnostiques.
« Les puces à ARN de haute qualité pourraient être particulièrement utiles dans le domaine en pleine croissance du diagnostic moléculaire non invasif. Les aptamères d'ARN nouveaux et améliorés sont très recherchés, comme ceux qui peuvent suivre les niveaux d'hormones en temps réel ou surveiller d'autres marqueurs biologiques directement à partir de la sueur ou de la salive », explique Tadija Kekić, doctorant dans le groupe de Jory Lietard.
