« L’ARN peut faire des choses que nous n’avons jamais vues auparavant » : une nouvelle étude remet en question les hypothèses sur ce que faisait l’ARN à l’aube de la vie

Les scientifiques ont longtemps pensé que lorsque l’ARN aurait donné le coup d’envoi à la vie sur Terre Il y a 4 milliards d’annéesil ne pouvait former que de petites structures simples. Mais de nouvelles recherches montrent que les molécules d’ARN naturelles peuvent également adopter des géométries larges et sophistiquées, comme des filaments et des cages. Aujourd’hui, les scientifiques se demandent si ces structures étaient présentes au début de la vie.

Selon une idée connue sous le nom de Hypothèse du monde de l’ARNles formes de vie basées sur l’ARN ont précédé les formes de vie modernes qui utilisent l’ADN et les protéines. ARNun cousin moléculaire de l’ADN, joue toujours un rôle dans les cellules modernes mais ne sert pas de matériel génétique primaire. En comparaison, les espèces primordiales utilisaient l’ARN pour stocker des informations génétiques et catalyser des réactions en tant qu’enzymes de remplacement.

Les protéines ont fini par dominer en tant qu’enzymes, peut-être parce qu’elles peuvent se replier dans des personnages plus diversifiés que l’ARN. En effet, les protéines sont composées de 20 types de sous-unités, appelées acides aminés, chacune ayant une structure unique, alors que l’ARN est composé de seulement quatre sous-unités, appelées nucléotides, qui adoptent toutes des formes similaires.

Les scientifiques pensaient à l’origine que seules les protéines étaient suffisamment variées pour s’assembler en grandes structures, mais un nouvel article a démontré que l’ARN – bien que plus limité dans sa variété – a également la capacité de former ces grandes configurations. La recherche a été publiée sur le serveur de prépublication bioRxiv Le 1er juillet et n’a pas encore été évalué par les pairs.

« Nous montrons que l’ARN peut faire des choses que nous n’avons jamais vues auparavant », a déclaré le co-auteur de l’étude. Lin Huangbiologiste de l’ARN à l’Université Sun Yat-Sen en Chine. « Cela suggère qu’à l’origine de la vie, l’ARN pourrait s’assembler sous toutes sortes de formes », a-t-il déclaré à Live Science.

Huang et ses collègues avaient émis l’hypothèse que les molécules d’ARN pourraient se lier entre elles si elles possédaient des séquences qui se replient en « boucles de tiges qui s’embrassent ». Cela se produit lorsqu’un brin d’ARN se replie sur lui-même, formant une structure qui ressemble à une boucle dans un lacet. Si les boucles de différents ARN se lient entre elles, ou « s’embrassent », les molécules pourraient se relier et former des complexes plus grands, ont proposé les chercheurs.

Après avoir passé au crible une multitude de séquences d’ARN, les chercheurs ont découvert une famille de molécules d’ARN codées par des bactériophages – des virus qui infectent les bactéries – qui forment ces boucles. Ils ont purifié plusieurs de ces molécules d’ARN en laboratoire, leur ont permis de s’assembler dans une boîte, puis ont capturé leurs structures par cryomicroscopie électronique.

Ils ont découvert que certaines molécules d’ARN formaient de longs filaments. Ceux-ci ressemblaient à des filaments à base de protéines tels que le cytosquelette cellulaire, un échafaudage qui participe à de nombreuses fonctions, notamment la formation et le déplacement de la cellule.

D’autres molécules d’ARN assemblées dans des cages aussi grandes que des virus courants. Certains d’entre eux prenaient la forme d’un icosaèdre – une forme 3D construite à partir de 20 triangles équilatéraux et ressemblant à un ballon de football. De nombreux virus, dont herpèsvirusemballent leur génome dans des icosaèdres à base de protéines appelés capsides. Cela soulève une question : les capsides à base d’ARN pourraient-elles avoir empaqueté des génomes dans le monde de l’ARN ?

Ce travail démontre que l’ARN avait la capacité de s’assembler en ces structures élaborées à l’époque du monde de l’ARN, a déclaré Huang, mais cela ne prouve pas que cela s’est réellement produit.

« Je pense vraiment que les paramètres environnementaux sont une question », Anna Medvegyun biologiste évolutionniste de l’Université Eötvös Loránd en Hongrie, a déclaré à Live Science dans un e-mail. « Ces structures peuvent-elles se former dans l’environnement dans lequel existait l’hypothétique monde de l’ARN ? » a déclaré Medvegy, qui n’a pas été impliqué dans les nouveaux travaux.

Si les scientifiques pouvaient recréer ces conditions environnementales à l’aube de la vie, comme températures élevées et pH faibleet observer encore que ces structures prennent forme, ce qui renforcerait la théorie selon laquelle elles auraient pu être présentes dans le monde de l’ARN, a-t-elle déclaré.

Bien que les cages et les filaments d’ARN soient grands, l’équipe de Huang les a générés en utilisant uniquement de courts brins d’ARN, chacun ne dépassant pas 200 sous-unités. Medvegy a déclaré que les ARN longs sont susceptibles de se briser, donc si des brins courts peuvent s’assembler dans ces structures, cela donne plus de promesses que ces molécules à plusieurs niveaux auraient pu se former dans le monde de l’ARN.

Une autre question est de savoir si ces complexes d’ARN élaborés s’assemblent actuellement à l’intérieur des bactéries infectées par les bactériophages dont ils sont issus. Jusqu’à présent, l’équipe de Huang n’a vu ces structures se former que dans une boîte de laboratoire. Elle doit donc déterminer si des facteurs à l’intérieur des bactéries, tels que des protéines, perturberaient ou permettraient leur formation à l’intérieur des cellules.

En plus de donner un aperçu des débuts de la vie, ces cages à ARN pourraient avoir des applications potentielles en biotechnologie, pense Huang. Des efforts sont en cours pour utiliser l’ADN intégré dans « Origami ADN » pour délivrer des médicaments dans les cellules, et Huang pense que le cousin plus âgé de l’ADN, l’ARN, pourrait un jour jouer un rôle similaire en médecine.