Notre matériel génétique est codé dans l’ADN (acide désoxyribonucléique). L’ADN est célèbre. Mais vous avez peut-être aussi entendu parler de l’ARN (acide ribonucléique). Alors, qu’est-ce que l’ARN, et à quoi sert-il ?

Plusieurs choses en fait. En fait, il est possible que la vie primitive ait utilisé l’ARN comme matériel génétique et ait également utilisé des ARN repliés comme outils chimiques pour survivre. C’est ce qu’on appelle l’hypothèse du monde de l’ARN.

L’ARN est similaire à l’ADN à bien des égards. C’est une longue chaîne de sucres reliés entre eux par des groupes phosphates. Il y a une base cyclique attachée à chaque sucre et les bases peuvent s’apparier avec des partenaires correspondants pour former une double hélice.

Cela ressemble à l’ADN mais l’hélice est un peu contournée et souvent les ARN sont repliés en structures complexes stabilisées par de courtes hélices entrecoupées de longues boucles monocaténaires.

La différence vraiment importante est que l’ARN a un atome d’oxygène supplémentaire. Cela rend l’ARN moins stable que l’ADN.

Vous pourriez penser qu’être instable est une mauvaise chose, mais il y a des avantages. Les organismes qui ont besoin de changer rapidement ont tendance à utiliser l’ARN comme matériel génétique. Les virus, comme la grippe et le VIH, choisissent l’ARN plutôt que l’alternative plus stable de l’ADN afin de pouvoir changer et garder une longueur d’avance sur le système immunitaire de leurs hôtes.

De nombreux facteurs contribuent aux taux de mutation élevés des virus à ARN, notamment l’instabilité de l’ARN et la faible activité de lecture d’épreuves des enzymes qui répliquent l’ARN.

Service de messagerie

En plus de servir de matériel génétique, l’ARN a une autre fonction critique dans pratiquement tous les organismes : il agit comme un messager ; un intermédiaire de courte durée qui communique les informations contenues dans nos gènes au reste de la cellule.

De nombreux gènes doivent être activés en rafale. Pensez à un supporter de football qui crie à un moment clé d’un match – nous ne voulons pas que le message dure éternellement.

Les gènes durent toute une vie, alors comment fournir des messages de courte durée ?

Nous faisons des copies ARN de nos gènes ADN. Les messages, ou ARNm, reflètent la séquence des bases de notre ADN et sortent du noyau (où notre ADN est stocké) pour aller dans le cytoplasme où ils sont traduits en protéines. Les protéines poursuivent leur travail dans la cellule et les ARNm instables se désintègrent simplement ou sont dégradés.

L’ARN peut donc agir comme un messager dans le processus visant à assurer que les gènes sont traduits en protéines – les outils de la cellule, des choses comme l’hémoglobine pour transporter l’oxygène dans le corps.

Mais comment cette mystérieuse traduction se produit-elle ? S’appuie-t-elle sur des outils chimiques tels que les protéines ?

C’est certainement le cas, mais il semble que les protéines ne soient pas les acteurs clés. C’est un fait remarquable que les acteurs vraiment importants dans le déclenchement des réactions chimiques pour produire des chaînes de protéines à partir du code de l’ARNm ne sont pas d’autres protéines, mais des molécules d’ARN spécialement pliées – les enzymes ARN ou ribozymes.

La machinerie pour lire une protéine à partir d’un ARN messager est contenue dans une enzyme ARN complexe et les parties fonctionnelles sont des molécules d’ARN appelées ARN ribosomiques ou ARNr.

Sécurisation de l’information

Comment se fait-il que l’ARN puisse déclencher des réactions chimiques mais que l’ADN ne semble pas le faire ? C’est en partie l’oxygène supplémentaire et en partie la capacité particulière de l’ARN à se replier en formes complexes pour former des outils capables de faire des choses, alors que la double hélice est régulière et stable. La double hélice d’ADN maintient l’information en sécurité mais ne fait pas grand chose d’autre.

En 1989, Sidney Altman et Thomas Cech ont partagé le prix Nobel de chimie pour avoir démontré que les ARN pouvaient catalyser des réactions chimiques.

Vous pouvez vous demander comment une chaîne de sucres et de bases comme l’ARNm peut même servir de modèle pour former une chaîne de protéines. La réponse est compliquée mais elle implique des adaptateurs astucieux. Étonnamment, ces adaptateurs sont également constitués d’ARN, appelés ARN de transfert ou ARNt. Ils utilisent leurs bases cycliques pour s’apparier à leur image miroir dans l’ARNm et aligner les bons acides aminés pour fabriquer la protéine, tandis que l’ARNr déclenche la réaction pour faire la jonction.

La découverte que des fonctions absolument essentielles telles que le codage de l’information, la présence d’un messager de courte durée pour l’exprimer et sa conversion en un ensemble d’outils protéiques fonctionnels, impliquent toutes de l’ARN a conduit les gens à émettre l’hypothèse que la vie primitive était composée d’ARN.

Au début, l’ARN a probablement tout fait. Mais progressivement, l’ADN a pris le relais comme matériel génétique plus stable et les protéines ont pris le relais comme outils chimiques plus stables. Et l’ARN a été progressivement oublié par certains chercheurs, du moins jusqu’à récemment.

Avenir de l’ARN

En 1998, les biologistes américains Andy Fire et Craig Mello ont découvert l’inhibition de l’ARN – comment l’ARN peut désactiver des gènes.

Nous savons maintenant qu’une nouvelle classe de petits ARN inhibiteurs (les siRNA qui ont une longueur d’environ 20 résidus), règle finement la sortie des ARN messagers. Comme mentionné l’ARN peut former des doubles brins – cela permet aux siRNA de se lier aux ARN messagers et d’interférer avec leur fonction.

Ces ARN interférents sont essentiellement des inhibiteurs « numériques » qui sont des images miroir base pour base de l’ARN messager. Il est donc possible de fabriquer des inhibiteurs artificiels maintenant. Ainsi, une nouvelle industrie est née alors que les chercheurs s’efforcent d’éteindre des gènes à des fins expérimentales et que les chercheurs en médecine cherchent à savoir si cela peut être utilisé pour des thérapies, par exemple pour éteindre des virus ou d’autres gènes nocifs.

Il y a également eu une autre découverte intéressante – les chercheurs ont découvert que, bien que seule une petite partie de notre génome code pour des protéines, environ 2%, une proportion beaucoup plus grande est toujours copiée en ARN.

La fonction de beaucoup de ces longs ARN non codant pour des protéines, appelés lncRNA, est encore en cours d’étude mais il semble que certains agissent pour catalyser des réactions chimiques et que d’autres sont impliqués dans l’activation ou la désactivation des gènes, soit en liant les ARN messagers, soit en se liant directement aux gènes de l’ADN auxquels ils correspondent.

Si le monde a commencé avec l’ARN, alors il n’est pas vraiment surprenant que des échos de ce monde d’ARN subsistent et que les ARN soient toujours impliqués dans les processus clés de la vie et soient fondamentalement importants dans la régulation des gènes.

De nouvelles classes de molécules d’ARN continueront d’être découvertes et il semble probable que de nouvelles connaissances en biologie fondamentale émergeront de ce terrain fertile à l’avenir.