La coiffe 5 'est une caractéristique des ARNm eucaryotes régissant l'initiation de la traduction. a, Étapes clés de l'initiation à la traduction. Le facteur d'initiation de la traduction eucaryote eIF4E se lie directement à la coiffe 5 '. Le complexe hétérotrimérique eIF4F s'assemble sur la coiffe 5 ', entraînant la liaison de la sous-unité ribosomale 40S, l'assemblage du ribosome eucaryote 80S et l'initiation de la traduction. b, ARNm eucaryote présentant la structure cap 0 avec un site de reconnaissance pour eIF4E, le site utilisé pour la modification chimique dans cette étude et le premier nucléotide transcrit. c, Structure de eIF4E, mettant en évidence les interactions moléculaires pour la reconnaissance du cap 0. d, Le concept de FlashCaps pour la traduction induite par la lumière. Un seul groupe photo-clivable (triangle rouge) au niveau du capuchon 0 altère la liaison à eIF4E. Les FlashCaps sont compatibles avec les protocoles de routine pour la transcription et la transfection. Suite à la déprotection induite par la lumière, l'ARNm natif avec une coiffe 5 '0 est libéré et traduit. UTR, région non traduite ; PABP, protéine de liaison poly(A); ORF, cadre de lecture ouvert. Crédit :Chimie de la nature (2022). DOI :10.1038/s41557-022-00972-7
Une équipe de chercheurs de l'Institut de biochimie de l'Université de Münster a découvert qu'en utilisant les soi-disant FlashCaps, ils étaient capables de contrôler la traduction de l'ARNm au moyen de la lumière. Les résultats ont été publiés dans Nature Chemistry .
L'ADN (acide désoxyribonucléique) est une longue chaîne de molécules composée de nombreux composants individuels et constitue la base de la vie sur Terre. La fonction de l'ADN est de stocker toutes les informations génétiques. La traduction de cette information génétique en protéines, dont un organisme a besoin pour fonctionner, se développer et se reproduire, s'effectue via l'ARNm (acide ribonucléique messager). L'ADN est transcrit en ARNm, et l'ARNm est à son tour traduit en protéines (biosynthèse des protéines). En d'autres termes, l'ARNm fonctionne comme un support d'informations. Les biochimistes de l'Université de Münster ont maintenant développé un nouvel outil biochimique capable de contrôler la traduction de l'ARN à l'aide de la lumière. Ces soi-disant FlashCaps permettent aux chercheurs de contrôler une variété de processus dans les cellules à la fois dans l'espace et dans le temps et, par conséquent, de déterminer les fonctions de base des protéines.
Contexte et méthode utilisée
Les fonctions d'une cellule dépendent de molécules spéciales, les enzymes. Les enzymes sont des protéines impliquées dans les réactions chimiques dans la cellule. Ils aident à synthétiser les produits métaboliques, à faire des copies des molécules d'ADN, à préparer l'énergie pour les activités d'une cellule, à modifier l'ADN et à dégrader certaines molécules. Afin de développer un outil permettant aux scientifiques de déterminer non seulement quelles enzymes remplissent quelles fonctions, mais aussi ce qui se passe lorsque celles-ci ne sont activées que dans certains domaines, l'équipe de chercheurs dirigée par le professeur Andrea Rentmeister de l'Institut de biochimie de l'université de Münster ont utilisé des FlashCaps synthétisés chimiquement. Les FlashCaps sont équipés d'un soi-disant groupe protecteur photolabile - des groupes chimiques qui peuvent être éliminés par irradiation avec de la lumière - et sont incorporés dans l'ARNm lors de la synthèse de l'ARN.
La particularité de cette stratégie est qu'ici, contrairement à d'autres études, aucune modification de la séquence d'ARNm ne doit se produire. Il suffit d'incorporer une petite molécule (le FlashCap) pour bloquer presque complètement la traduction d'un long ARNm. Après irradiation à la lumière, il y a retour à l'ARNm naturel - sans aucune modification. "En utilisant nos FlashCaps", explique Nils Klöcker, l'un des principaux auteurs de l'étude et titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Institut de biochimie, "il est désormais possible pour tous les laboratoires du monde d'activer n'importe quel ARNm d'intérêt avec la lumière sans aucune étape supplémentaire."
Grâce à une synthèse organo-chimique élaborée, l'équipe de chercheurs de Münster a pu développer les FlashCaps, une molécule permettant de contrôler la traduction de l'ARNm au moyen de la lumière. Ils ont montré que cette stratégie inhibe efficacement la traduction et, après irradiation lumineuse des cellules, la réactive. La différence entre cette approche et d'autres stratégies n'est pas seulement que les FlashCaps peuvent être utilisés par tous les laboratoires - sans qu'aucune expertise particulière, aucun protocole ou modification particuliers ne soient nécessaires - mais aussi que l'ARNm, après avoir été irradié, existe dans sa structure naturelle, ce qui facilite l'étude des processus naturels dans les cellules.
Dans leurs travaux, les chercheurs ont montré qu'ils étaient capables d'utiliser FlashCaps pour contrôler avec succès la traduction de l'ARNm au moyen de la lumière. Ils l'ont démontré pour quatre ARNm différents dans deux lignées cellulaires différentes. "Cela représente un progrès significatif pour permettre à d'autres chercheurs d'avoir un contrôle spatial et temporel sur la traduction de l'ARNm qu'ils étudient", déclare Florian Weissenböck, également de l'Institut de biochimie. "Les FlashCaps ont le potentiel d'étendre la gamme de méthodes utilisées dans chaque laboratoire d'ARNm." La création d'ARNm avec un processus entièrement chimique peut permettre des vaccins à ARNm personnalisés
