La structure du ribozyme révélée : un succès pour la recherche sur l'ARN
La recherche fondamentale guide le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques
Des chercheurs dirigés par la chimiste Claudia Höbartner ont découvert la structure 3D de l'enzyme ARN SAMURI. Leur étude permet de mieux comprendre le développement des ribozymes et l'évolution de l'ARN catalytiquement actif.
Le ribozyme SAMURI (structure cristalline en vert) fournit le cadre structurel pour catalyser la réaction chimique permettant de transférer la modification de l'ARN.
Hsuan-Ai Chen/JMU
Les molécules d'ARN font partie intégrante du corps humain : Dans les cellules, elles assurent le transfert de l'information génétique et régulent l'activité des gènes. Certaines agissent même comme des catalyseurs, permettant à des réactions chimiques de se produire alors qu'elles ne se produiraient autrement que très lentement, voire pas du tout. Les enzymes constituées d'ARN sont appelées "ribozymes".
Un groupe de chercheurs dirigé par le professeur Claudia Höbartner de l'université de Würburg (JMU) vient de découvrir la structure tridimensionnelle d'un ribozyme très particulier : SAMURI. Il s'agit d'une molécule d'ARN générée en laboratoire que l'équipe a présentée pour la première fois en 2023. Les chercheurs de l'Institut de chimie organique ont pu déterminer la structure tridimensionnelle de SAMURI grâce à la cristallographie aux rayons X et en collaboration avec le professeur Hermann Schindelin du Centre Rudolf Virchow de Würzburg.
De petits changements pour un grand impact
Ce qui rend SAMURI si intéressant pour les chercheurs, c'est sa capacité très particulière : le ribozyme peut modifier chimiquement d'autres molécules d'ARN sur un site spécifique et influencer ainsi leur fonction - par exemple, les activer ou les rendre reconnaissables par des protéines. Ces modifications ont des fonctions très importantes dans la nature et garantissent que les ARN peuvent remplir leur fonction correctement. Si des erreurs se produisent dans cette régulation, c'est-à-dire si un ARN présente trop ou trop peu de modifications chimiques, cela peut entraîner l'échec de certains processus métaboliques.
"Nous pouvons considérer les molécules d'ARN comme des phrases composées de mots et de lettres individuels (nucléosides)", explique Höbartner. "Les plus petites modifications en certains points, comme le remplacement d'une lettre, peuvent complètement changer le sens d'un mot ou de la phrase entière. Tout comme le mot "chauve-souris" devient "chat" en changeant une lettre, décrivant ainsi deux animaux distincts avec des capacités très différentes, il en va de même au niveau cellulaire : "Ici, l'ARN reçoit la nouvelle information par le biais de petites modifications chimiques apportées par la nature. En science, on appelle cela des modifications. Les enzymes effectuent une réaction chimique sur l'ARN, en utilisant une molécule auxiliaire appelée S-adénosylméthionine, ou SAM en abrégé, qui est importante pour de nombreux processus dans la cellule".
SAMURI utilise également la SAM pour introduire des modifications dans l'ARN. Il est intéressant de noter que certaines molécules naturelles d'ARN découvertes dans les bactéries peuvent également interagir avec la SAM, mais sans catalyser la réaction chimique. Ces ARN sont appelés riboswitches et ne modifient pas chimiquement d'autres ARN.
Grâce à la structure moléculaire déchiffrée de SAMURI, les chercheurs peuvent maintenant mieux répondre à la question de savoir comment l'interaction spécifique des ribozymes artificiels avec la SAM diffère des riboswitches naturels. Les études suggèrent que l'ARN se liant naturellement à la SAM pourrait être dérivé de ribozymes antérieurs qui ont perdu leur fonction catalytique au cours de l'évolution", déclare Höbartner.
La recherche fondamentale guide le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques
La connaissance de la structure et de la fonction de l'ARN catalytique est importante pour améliorer les ribozymes existants et en développer de nouveaux. Par exemple, cela serait important pour la recherche sur les modifications naturelles de l'ARN - par exemple, pour les visualiser, mais aussi pour leur utilisation dans les ARN thérapeutiques.
"Nos résultats pourraient donc fournir de nouvelles orientations pour le développement de thérapies basées sur l'ARN", déclare M. Höbartner. "Il est concevable que les ribozymes développés ultérieurement puissent un jour être utilisés comme médicaments.
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