L'ARN est sous les projecteurs pour son rôle de premier plan dans la technologie vaccinale de pointe, mais les molécules d'ARN sont également des acteurs clés dans le fonctionnement interne des cellules.
Cet exploit d'ARN moins exploré fait l'objet d'une nouvelle étude menée par l'Université de Buffalo et publiée le 6 novembre dans Nature Chemistry. .
Le travail examine le rôle que joue la température lorsque les molécules d’ARN subissent une séparation de phases pour former des condensats physiquement distincts, semblables à des gels. Ces condensats sont des structures spécialisées sans membrane qui sont impliquées dans divers processus cellulaires et ont été associées à des troubles neurodégénératifs.
En fin de compte, l'étude pourrait contribuer à conduire à de nouvelles façons de penser la biologie, la biophysique et d'autres domaines d'études.
"La séparation de phase des biomolécules a en quelque sorte révolutionné notre réflexion sur la façon dont les cellules compartimentent les processus", déclare Priya Banerjee, Ph.D., professeure agrégée au département de physique de l'UB, au sein du Collège des arts et des sciences, qui a dirigé l'étude.
"La plupart des études ont été centrées sur les protéines, l'idée étant que les protéines forment ces condensats liquides, et nous avons été très intéressés par l'effet de l'ARN sur ce processus. Jusqu'à présent, les études se sont limitées à examiner comment l'ARN peut réguler les protéines. séparation de phases, ce qui permet d'envisager l'ARN dans un rôle davantage régulateur."
L'étude a été réalisée en collaboration avec Rohit Pappu, Ph.D., professeur distingué Gene K. Beare de génie biomédical à l'Université de Washington à St. Louis, et Venkat Gopalan, Phd, professeur de chimie et de biochimie à l'Ohio State University. /P>
Banerjee et Gable Wadsworth, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Banerjee et premier auteur de l'étude, ont été intrigués par la façon dont l'ARN pourrait sortir de son rôle régulateur et se séparer de lui-même. Grâce à un effort de recherche systématique, ils ont conclu que toutes les molécules d’ARN semblent avoir un comportement de phase à température critique de solution (LCST) plus basse, où la séparation des phases est favorisée à des températures élevées. Ce qui les a vraiment surpris, cependant, c'est que le polyphosphate, le squelette de l'ARN dépourvu de bases nucléiques et du groupe ribose, a également montré un comportement en phase LCST.
Pour aller au fond de ce phénomène observé, Banerjee et Wadsworth se sont associés à Pappu et son groupe pour comprendre les mécanismes qui sous-tendent ce comportement.
"Nous avons utilisé des calculs et une partie de notre compréhension théorique des comportements des phases LCST et avons réalisé que ce que Banerjee et ses collègues observaient était une combinaison de deux processus", explique Pappu. "Le squelette phosphate et les ions de la solution se dissolvent avec l'augmentation de la température. La perte d'eau d'hydratation des moitiés complémentaires pousse les molécules d'ARN à se chercher, et les ions relient les groupes phosphate au sein et entre les différentes molécules pour permettre la séparation des phases."
En conséquence, les phases condensées deviennent des réseaux physiquement réticulés et, ensemble, les groupes de Pappu et Banerjee ont découvert que la mise en réseau permise par de fortes interactions entre les molécules d'ARN peut permettre un comportement de phase différent lors du chauffage ou du refroidissement. L’équipe a notamment constaté que la baisse de la température peut entraîner des condensats persistants. Le laboratoire de Banerjee a également travaillé avec celui de Gopalan pour comprendre comment la formation de condensats et l'interaction entre la séparation de phase et la percolation impactent les fonctions d'une ancienne enzyme à ARN.
"ARN possède un thermomètre intéressant, si vous voulez, qui détecte les changements de température", explique Banerjee. "Cette étude marque une nouvelle direction dans notre façon de penser la séparation de phase des molécules en général et pourrait conduire à une nouvelle compréhension de la biologie, de la biophysique, de la science des matériaux et même des origines de la vie."
Pappu ajoute qu'il envisage d'utiliser le comportement de phase thermosensible de l'ARN dans une gamme d'applications allant du traitement et du stockage de la mémoire aux biomatériaux.
Plus d'informations : Gable M. Wadsworth et al, Les ARN subissent des transitions de phase avec des températures de solution critiques plus basses, Nature Chemistry (2023). DOI :10.1038/s41557-023-01353-4
Informations sur le journal : Chimie naturelle
Fourni par l'Université de Buffalo
