Les modifications dynamiques et réversibles de l’ADN et de l’ARN régulent la manière dont les gènes sont exprimés et transcrits, ce qui peut influencer les processus cellulaires, le développement de maladies et la santé globale de l’organisme. Les petits ARN nucléolaires (snoARN) constituent un groupe courant mais négligé de molécules d'ARN guide qui dirigent les modifications chimiques vers les cibles d'ARN ribosomal cellulaire (ARNr), comme un huissier montrant à quelqu'un son siège dans un théâtre.
Des chercheurs de l’Université de Chicago ont récemment développé une nouvelle approche pour identifier de nouvelles cibles d’ARN cellulaire des snoARN. Ils ont découvert des milliers de cibles jusqu’alors inconnues pour les snoARN dans les cellules humaines et les tissus cérébraux de souris, dont beaucoup remplissent des fonctions autres que celles de guider les modifications de l’ARNr. Certaines des interactions récemment découvertes avec l'ARN messager (ARNm) facilitent la sécrétion de protéines, un processus cellulaire important qui pourrait être exploité pour des applications thérapeutiques et biotechnologiques potentielles.
Une fois que vous voyez autant de cibles pour ces snoRNA, vous réalisez qu’il y a beaucoup plus à comprendre. Nous voyons déjà qu’ils jouent un rôle dans la sécrétion de protéines, ce qui a des implications majeures pour la physiologie, et cela suggère une voie à suivre pour étudier des centaines d’autres snoARN. »
Chuan He, PhD, professeur émérite de chimie John T. Wilson et professeur de biochimie et de biologie moléculaire à l'Université de Chicago et co-auteur principal de l'article
L'article intitulé « La sécrétion de protéines facilitée par SnoRNA révélée par l'identification de la cible de snoARN à l'échelle du transcriptome » a été publiée en novembre 2024 dans la revue Cellule.
Une colle moléculaire pour la sécrétion de protéines
Il existe plus de 1 000 gènes connus pour coder les snoARN dans le génome humain, mais les scientifiques n’ont identifié les cibles ARN que pour environ 300 d’entre eux. Ces cibles impliquent principalement des modifications directrices pour l’ARN ribosomal et les petits ARN nucléaires impliqués dans l’épissage de l’ARNm. Au cours des décennies qui ont suivi la découverte des snoRNA, les chercheurs ont largement laissé les 700 restants tranquilles, en supposant qu’ils remplissaient des fonctions similaires. Cependant, contrairement à d’autres molécules d’ARN guide telles que les microARN qui ont toutes la même longueur, la longueur des snoARN varie considérablement, de 50 à 250 résidus, ce qui suggère qu’ils peuvent faire de nombreuses choses différentes.
Au cours des 12 dernières années, le laboratoire de He a développé plusieurs techniques biochimiques et de séquençage pour étudier la transcription, les modifications de l'ADN et de l'ARN. Dans la nouvelle étude, il a travaillé avec le co-auteur principal Tao Pan, PhD, professeur de biochimie et de biologie moléculaire, pour tester un nouvel outil appelé « snoKARR-seq » qui relie les snoARN à leurs ARN de liaison cibles. Bei Liu, PhD, chercheur postdoctoral de Chicago Fellow et co-encadré par He et Pan, a dirigé le projet.
« Le laboratoire de Chuan a développé cette technologie tueuse pour examiner exactement avec quel ARN chaque snoARN interagit au niveau du transcriptome », a déclaré Pan. « Il existe désormais de nombreux espaces ouverts pour comprendre de manière globale ce que font ces 1 000 gènes humains (qui codent pour les snoARN). »
La plupart des cibles de snoARN nouvellement découvertes ne chevauchent pas les sites de modification d’ARN connus, ce qui suggère que les snoARN pourraient avoir une fonction beaucoup plus large dans les cellules. Une découverte inattendue a été qu'un snoARN appelé SNORA73 interagit avec les ARNm qui codent pour les protéines sécrétées et les protéines de la membrane cellulaire. La sécrétion de protéines est un processus biologique fondamental par lequel les protéines sont transportées d'une cellule vers l'espace extracellulaire, ce qui est crucial pour diverses fonctions, notamment la communication entre les cellules, les réponses immunitaires et la digestion. Les chercheurs ont constaté que SNORA73 agit comme une « colle moléculaire » entre l’ARNm et la machinerie de synthèse des protéines, ce qui facilite ce processus.
Une analyse plus approfondie de la façon dont SNORA73 se lie à l'ARNm suggère que des séquences synthétiques de snoARN peuvent être modifiées pour affecter la sécrétion de protéines. Les chercheurs ont testé cette hypothèse en modifiant un rapporteur de protéine fluorescente verte (GFP) pour interagir avec SNORA73. Les GFP sont souvent introduits dans les cellules pour les faire briller dans certaines conditions afin que les scientifiques puissent voir les effets des expériences. Lorsque les chercheurs ont exprimé SNORA73 gènes avec la GFP modifiée qui peut être sécrétée par les cellules, il a augmenté la sécrétion de protéines de 30 à 50 % par rapport aux témoins.
Ces expériences ont montré qu’ils pouvaient utiliser la machinerie snoRNA pour manipuler la sécrétion d’une protéine donnée, ce qui pourrait être utile pour développer des thérapies. Par exemple, si une maladie humaine implique une carence en protéines sécrétées, les bio-ingénieurs pourraient alors détourner le système pour délivrer des snoRNA artificiels afin d’augmenter la sécrétion de cette protéine.
« Le champ est grand ouvert »
Bien que la technologie permettant de synthétiser et de délivrer des snoRNA aux bons endroits ne soit pas encore tout à fait prête, He et Pan sont convaincus que ces défis peuvent être résolus car ils s’appuient sur les avancées technologiques antérieures utilisant d’autres formes d’ARN. Ils croient également que puisque les snoRNA sont spécifiques aux types de cellules, ils pourraient avoir des fonctions et des possibilités thérapeutiques beaucoup plus diverses ailleurs.
« Pensez aux cellules neuronales, aux cellules souches ou aux cellules cancéreuses. Il y a tellement de types de cellules que l'on peut étudier. Je pense donc que le champ est grand ouvert », a-t-il déclaré. » Tao et moi travaillons ensemble depuis plus de 15 ans et c'est une excellente vitrine de la collaboration entre la Division des sciences biologiques et la Division des sciences physiques de l'UChicago. Cet article est un autre exemple de ce type de collaboration qui conduit à l'ouverture d'un nouveau domaine de recherche. biologie. »
Les autres auteurs de l'étude comprennent Tong Wu, Bernadette A. Miao, Fei Ji, Shun Liu, Pingluan Wang, Yutao Zhao, Yuhao Zhong, Arunkumar Sundaram, Tie-Bo Zeng, Marta Majcherska-Agrawal et Robert J. Keenan d'UChicago.
