Que se passe-t-il dans une cellule lorsque l'information génétique est traduite en protéines ? Pour étudier ce processus, les chercheurs étudient une biomolécule particulière à l'intérieur de la cellule :l'acide ribonucléique messager, ARNm en abrégé. Cette biomolécule joue un rôle majeur dans tous les processus cellulaires et fait également l'objet de recherches conjointes menées par deux groupes du pôle d'excellence Cells-in-Motion de l'Université de Münster. L'un des groupes est composé de biochimistes et est dirigé par le professeur Andrea Rentmeister; l'autre est composé de biologistes moléculaires et est dirigé par le Dr Sebastian Leidel.

Dans leur collaboration interdisciplinaire, les chercheurs ont réussi pour la première fois à marquer par voie chimio-enzymatique un changement important dans l'ARN messager - la modification dite m6A - et à le détecter par la suite au moyen de méthodes modernes de biologie moléculaire. "Cette nouvelle approche nous permet de localiser les modifications dans l'ARNm avec une plus grande précision que jamais auparavant, " dit Andrea Rentmeister, professeur au Pôle d'Excellence qui a dirigé l'étude. Savoir où et dans quelle mesure les modifications de m6A se produisent pourrait aider les chercheurs à comprendre cette modification des processus physiologiques et pathologiques. L'étude a été publiée dans le Angewandte Chemie Revue (édition internationale).

L'information génétique de l'ADN est transcrite en ARN messager dans un processus connu sous le nom de transcription. Suite à la transcription, L'ARNm transporte l'information génétique du noyau cellulaire dans le cytoplasme. Là, il sert de guide pour la production de protéines. Les protéines sont les chevaux de bataille qui effectuent toutes les tâches cellulaires.

Comme l'ADN double brin, L'ARN simple brin est constitué d'une chaîne de nucléotides. Dans l'ARN, cependant, il existe également de nombreux changements chimiques dans ces nucléotides, appelés modifications de l'ARN. Ces modifications surviennent après la lecture de l'information génétique. Dans le processus, des arrangements atomiques simples - les groupes méthyle - sont attachés aux nucléotides. "Une modification actuellement très débattue est la N6-méthyladénosine, connu sous le nom de m6A pour faire court, " dit Andrea Rentmeister. Cette modification est très intéressante car elle semble être responsable d'une série de processus biologiques dont l'horloge circadienne. Elle semble également jouer un rôle dans les processus pathologiques, par exemple dans certaines formes de cancer ou dans les infections virales.

Les biochimistes ont marqué les modifications de l'ARN par voie chimio-enzymatique

Afin de mieux comprendre m6A, les chercheurs ont cherché à trouver où exactement dans l'ARNm se trouvait la modification. Pour marquer des molécules, les biologistes utilisent souvent des anticorps qui s'y attachent. Cette méthode a ses limites, toutefois; les anticorps peuvent non seulement se lier aux modifications de l'ARNm, mais aussi aux nucléotides voisins. Cela rend difficile la localisation précise des modifications. « Nous voulions maintenant réaliser l'étiquetage avec une approche chimique, " explique Andrea Rentmeister. Pour la première fois, elle et son équipe ont utilisé des groupes propargyle, un résidu d'hydrocarbure légèrement plus long.

Les chercheurs ont couplé les groupes propargyle au cosubstrat de l'enzyme, et combiné les trois composants avec des molécules d'ARNm dans le tube à essai. Dans sa structure chimique, le propargyl est similaire à une molécule naturelle liée par une méthyltransférase. Les méthyltransférases sont quant à elles des enzymes responsables de la modification des ARNm. Ainsi, les méthyltransférases ont pu transférer le groupe propargyle à l'ARN. En utilisant ce qu'on appelle la chimie du clic, les scientifiques ont pu isoler et purifier l'ARN avec des groupes propargyle.

Des biologistes moléculaires ont détecté des modifications d'ARN à l'aide du séquençage de nouvelle génération

Afin de détecter les modifications spécifiquement marquées, les chercheurs ont utilisé une enzyme spéciale pour retranscrire l'ARNm en ADN. Le brin d'ADN résultant est une copie de l'ARN précédent et peut être étudié à l'aide de méthodes de biologie moléculaire. Les chercheurs ont séquencé ce brin d'ADN nouvellement synthétisé, lecture des séquences de nucléotides. Ils ont utilisé le séquençage de nouvelle génération, ce qui leur a permis de déterminer les séquences de nucléotides de manière extrêmement efficace. « Cette méthode nous permet d'analyser des milliers de séquences en parallèle, " explique Sébastien Leidel.

Parce que les chercheurs avaient étiqueté les modifications avec les groupes propargyle, les enzymes nécessaires à la réécriture de l'ARN arrêté. Par conséquent, ils n'ont pas réussi à retranscrire l'ARN en ADN. "Les enzymes ont cessé toute activité sur les sites marqués et ont généré une sorte de signal d'arrêt, " dit Katja Hartstock, un chimiste et auteur principal de l'histoire. Les chercheurs ont pu déterminer ces signaux d'arrêt lors du séquençage, ce qui signifiait qu'ils pouvaient détecter les sites sur lesquels la modification de l'ARNm s'est produite.

Après les premières expériences dans le tube à essai, les chercheurs ont appliqué leur nouvelle méthode à une culture de cellules épithéliales humaines, les cellules HeLa. Les chercheurs ont nourri les cellules avec un soi-disant précurseur d'acide aminé marqué au propargyle, que les cellules "mangeaient, " et a ensuite commencé l'étiquetage. Comme déjà établi dans le tube à essai, les groupements propargyles se sont attachés à l'ARN à l'aide de méthyltransférases et ont permis la détection des sites de modification des ARNm par séquençage Next generation.

La prochaine étape que les chercheurs souhaitent franchir est d'appliquer leur méthode aux organismes vivants afin d'étudier l'importance de la modification dans leur développement. Les poissons zèbres sont bien adaptés à cette fin car ils se développent très rapidement et les modifications sont donc transcrites plus rapidement - et sont également supprimées à nouveau plus rapidement.