Les virus collent l'ARN aux protéines
Jusqu'à présent, on pensait que l'ARN et les protéines n'interagissaient que brièvement au cours des processus cellulaires. Des chercheurs de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre de Marburg, en Allemagne, ont découvert que ce n'était pas le cas. Au cours de leur cycle de développement, les virus bactériens "collent" des ARN spécifiques aux protéines de l'hôte. Comme l'expliquent les auteurs dans leur publication dans la revue "Nature", l'"ARNylation" pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la thérapie par les phages ou la mise au point de médicaments.
"La vie est une relation entre molécules", a écrit le célèbre biologiste Linus Pauling. Les interactions entre les protéines et l'ARN (acide ribonucléique) affectent la traduction, la réparation de l'information génétique et le transport des éléments constitutifs de la cellule. Ces interactions sont des contacts transitoires entre l'ARN et les protéines qui se lient à l'ARN en fonction de structures ou de séquences spécifiques de l'ARN.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck de Marburg, en Allemagne, a découvert que les protéines et l'ARN peuvent également être étroitement liés l'un à l'autre dans ce que l'on appelle une liaison covalente.
Les bactériophages, des "tueurs rapides"
Dans leur étude, publiée dans le numéro actuel de la revue Nature, le groupe de recherche dirigé par le Dr Katharina Höfer a examiné un système de bactéries et de virus bactériens (bactériophages). Ces derniers s'attaquent à des bactéries très spécifiques, comme le phage T4 qui infecte la bactérie E. coli. T4 est un "tueur rapide" : la cellule bactérienne est détruite 20 à 30 minutes après le début de l'infection. C'est plus rapide que l'action d'un antibiotique. Avec l'augmentation de la résistance aux antibiotiques, la thérapie par les phages est explorée comme une alternative potentielle pour traiter les infections bactériennes.
Pour infecter la bactérie, le bactériophage T4 a développé des stratégies fascinantes. Après l'invasion, il utilise trois ADP-ribosyltransférases (ART) différentes comme biocatalyseurs. En attachant une partie du coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide (NAD) aux protéines, ces ART modifient plus de 30 protéines de l'hôte. Cela permet au phage de reprogrammer et de tuer la bactérie.
Le NAD-ARN relie la recherche sur l'ARN et les phages
Katharina Höfer étudie la fonction de l'ARN depuis un certain temps. Elle s'intéresse particulièrement aux ARN-NAD, c'est-à-dire aux ARN porteurs d'un NAD. Il y a huit ans, elle et ses collègues de l'université de Heidelberg ont découvert que ce type d'ARN était présent dans les bactéries. Depuis lors, les ARN coiffés de NAD ont été découverts sous différentes formes et tailles et dans différents groupes d'organismes, mais leur signification biologique n'était pas claire.
Katharina Höfer s'est demandé si une ADP-ribosyltransférase telle que celle utilisée par le phage T4 pouvait attacher non seulement le NAD mais aussi l'ARN-NAD aux protéines. Pour répondre à cette question, les chercheurs ont dû développer eux-mêmes de nombreuses méthodes. Puis la réponse est devenue évidente : l'ART ModB du phage T4 accepte non seulement le NAD, mais aussi l'ARN-NAD comme substrat, aussi bien en éprouvette qu'in vivo, dans le système vivant. Les chercheurs ont appelé cette nouvelle réaction - la liaison d'un ARN entier à une protéine - l'ARNylation. Il s'agit d'un concept entièrement nouveau d'interaction naturelle entre l'ARN et la protéine.
L'ARNylation pourrait être un mécanisme de contrôle des ressources cellulaires.
Mais pourquoi le phage T4 utilise-t-il l'ARNylation ? Apparemment, ce processus est essentiel pour une infection efficace par le phage, car les mutants du phage T4 dépourvus de ModB tuent les bactéries beaucoup plus lentement. Le groupe de recherche a pu montrer que dans les cellules vivantes, ModB lie spécifiquement différents ARN à des protéines bactériennes impliquées dans la traduction. Maik Wolfram-Schauerte, premier auteur de l'étude, suggère : "L'ARNylation pourrait faire partie de la stratégie du phage. L'attachement de l'ARN bactérien aux ribosomes peut arrêter la traduction des protéines bactériennes, ce qui permet au phage de réguler la biosynthèse de ses propres protéines".
L'ARNylation, un nouvel outil potentiel pour la biologie synthétique
Pour étudier les mécanismes moléculaires de l'ARNylation, Katharina Höfer a entamé une collaboration avec des chercheurs de l'université de Heidelberg et de l'Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires de Göttingen.
Katharina Höfer explique : "Nos résultats ne se contentent pas d'élargir l'image du cycle de développement des phages. Ils mettent en évidence un rôle biologique totalement nouveau pour l'ARN modifié par le NAD, à savoir l'activation de l'ARN en vue de son transfert enzymatique vers une protéine. Cela ouvre également de nouvelles voies de recherche".
Par exemple, l'ARNylation pourrait devenir un outil de biologie synthétique à l'avenir. En tant que "colle moléculaire", elle pourrait être utilisée pour former des conjugués ARN-protéine spécifiques afin d'exploiter les propriétés des protéines et des acides nucléiques en combinaison.
Mais de nombreuses questions restent encore sans réponse. "Certains ART acceptent l'ARN-NAD, d'autres non, ce qui soulève la question du mécanisme exact", explique Katharina Höfer. "La difficulté réside dans le fait que la modification est assez importante et complexe. Dans l'éprouvette, l'ARNylation est relativement facile à détecter, mais in vivo, la diversité des protéines et des ARN cibles rend son étude difficile. Pour élucider la fonction de l'ARNylation, nous devons développer de nouvelles méthodes pour étudier nos questions spécifiques dans le système vivant."
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
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités du secteur des sciences de la vie
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée aux biotechnologies, au secteur pharmaceutique et aux sciences de la vie vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
