Suivi moléculaire de la régulation de l'ARN
Un nouvel outil biologique pour suivre les processus cellulaires
Mieux nous comprendrons les processus cellulaires tels que la régulation de l'ARN, mieux nous pourrons développer des thérapies moléculaires. Jusqu'à présent, il était particulièrement difficile de suivre la régulation de l'ARN non codant, c'est-à-dire l'ARN qui n'est pas converti en protéines. Une équipe de chercheurs de l'Université technique de Munich (TUM) et de l'Institut Helmholtz de Munich a mis au point un système rapporteur peu invasif qui permet un suivi très sensible de la production d'ARN codant et non codant.
L'insertion d'introns dans un circuit génétique permet de mieux comprendre la régulation de l'ARN (non) codant.
Barth van Rossum
Dans les processus cellulaires, les informations génétiques de l'ADN sont transcrites en ARN, qui subit ensuite un traitement supplémentaire avant de servir de modèle aux protéines ou de remplir lui-même une fonction cellulaire. Les types d'ARN produits et les quantités produites sont très révélateurs de l'état de nos cellules. En cas d'infection, par exemple, les cellules produisent des quantités accrues de molécules d'ARN qui codent pour les protéines impliquées dans la réponse immunitaire.
Lorsque les molécules d'ADN sont traduites en protéines via l'ARN, les chercheurs peuvent suivre le processus à l'aide des systèmes rapporteurs existants. Cependant, tous les gènes humains ne codent pas pour des protéines. La majorité des gènes humains sont non codants, y compris les gènes des longs ARN non codants (lncRNA). Il s'agit de molécules d'ARN contenant plus de 200 éléments constitutifs qui ne servent pas de plan pour les protéines. Au lieu de cela, ils contrôlent des processus importants dans les cellules. Les premières recherches montrent que les ARNnc sont impliqués dans des processus tels que la régulation de la production d'ARN, l'organisation des structures dans le noyau cellulaire ou l'activation et la désactivation de certaines enzymes.
Malgré leur importance pour les processus cellulaires, il a été difficile d'étudier les lncRNA avec les méthodes existantes. Jusqu'à présent, cela n'était que partiellement possible, par exemple dans des cellules fixes à des points de temps spécifiques, car les systèmes rapporteurs classiques basés sur la traduction en protéines ne peuvent pas être utilisés.
INSPECT permet le suivi des ARN non codants.
Une solution a maintenant été trouvée sous la forme d'un nouveau système rapporteur : INSPECT. Une équipe travaillant avec Gil Westmeyer, professeur de génie neurobiologique à la TUM et directeur de l'Institut de biomédecine synthétique à Helmholtz Munich, a publié le nouveau système rapporteur dans la revue Nature Cell Biology.
"Contrairement aux méthodes précédentes, INSPECT code les séquences des protéines rapporteuses dans des introns modifiés. Il s'agit de séquences dans la molécule d'ARN prématurée qui sont retirées naturellement et éliminées par la cellule pendant le traitement. INSPECT stabilise les introns de sorte que, plutôt que d'être dégradés après leur élimination, ils sont transportés vers le cytoplasme cellulaire où ils sont traduits en protéines rapporteuses", explique le premier auteur, Dong-Jiunn Jeffery Truong. Les chercheurs peuvent ensuite utiliser des méthodes classiques pour détecter les signaux des protéines rapporteuses, comme la fluorescence.
INSPECT ne modifie ni l'ARN complété ni les protéines
Le nouvel outil de biologie moléculaire résout donc non seulement le problème du suivi de la génération de l'ARN non codant, mais offre également des avantages pour l'étude de l'ARN codant. Les systèmes rapporteurs actuels courent souvent le risque d'endommager l'ARN ou les protéines étudiés, par exemple parce qu'ils doivent être fusionnés directement à l'ARN étudié afin d'être co-transférés en protéines. Plutôt que de modifier l'ARN complet ou les protéines, INSPECT modifie les introns.
L'équipe a démontré la fonction d'INSPECT en utilisant divers exemples d'ARN codant et non codant. Ils ont suivi la production de l'ARN de l'interleukine 2, une protéine qui est produite en plus grande quantité en réponse aux infections. Ils ont également réalisé un suivi très sensible de la production de deux lncRNA et ont suivi les changements de régulation pendant la période d'investigation.
"INSPECT ajoute un outil de biologie moléculaire important à la boîte à outils biomédicale. Il permet d'étudier plus facilement le rôle de certaines molécules d'ARN non codantes dans le développement cellulaire et d'explorer comment leur régulation peut être modulée, par exemple, pour les empêcher de se transformer en cellules cancéreuses", déclare le professeur Westmeyer. "En combinaison avec le système rapporteur peu invasif EXSISERS, que nous avons précédemment développé pour étudier les isoformes de protéines, il sera peut-être possible à l'avenir d'étudier un processus de régulation génétique entier, du traitement de l'ARN à la production de variantes protéiques spécifiques dans des cellules vivantes."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Dong-Jiunn Jeffery Truong*, Niklas Armbrust*, Julian Geilenkeuser, Eva-Maria Lederer, Tobias Heinrich Santl, Maren Beyer, Sebastian Ittermann, Emily Steinmaßl, Mariya Dyka, Gerald Raffl, Teeradon Phlairaharn, Tobias Greisle, Milica Živanić, Markus Grosch, Micha Drukker, Gil Gregor Westmeyer: Intron-encoded cistronic transcripts for minimally-invasive monitoring of coding and non-coding RNAs. Nature Cell Biology (2022). *contributed equally
DJ.J. Truong et al.: Non-invasive and high-throughput interrogation of exon-specific isoform expression. Nature Cell Biology 23, 652–663 (2021).
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