Ils identifient les caractéristiques de molécules essentielles à la régulation de l’expression génétique

En réalisant des cultures cellulaires, les chercheurs ont analysé une fonction clé de certaines molécules découvertes il y a quelques années, appelées « ARN circulaires », dans la régulation de l’expression génétique.

Les résultats de l’étude contribuent à mieux comprendre en quoi ces structures intracellulaires diffèrent des ARN linéaires plus « traditionnels », qui pourraient être utilisés à l’avenir dans le développement de vaccins ou pour corriger les altérations génétiques qui surviennent dans diverses maladies du système nerveux central. … infectieuse ou tumorale.

« Nos travaux s’inscrivent dans un axe de recherche fondamentale. Cependant, comme cela arrive souvent dans ce type de projets risqués et financés par l’État, les études de recherche fondamentale peuvent donner naissance, même de manière inattendue, à des technologies thérapeutiques très précieuses. La pandémie de COVID-19 nous a appris beaucoup de choses, entre autres que la technologie de l’ARN – qui a permis le développement de nombreux vaccins (ce qui a généré des milliards de dollars pour les entreprises qui les ont développés) – sera dans quelques années un outil biologique fondamental pour la santé humaine et animale. à venir”, explique Manuel de la Mata, l’un des directeurs de l’étude, chercheur au Conseil National de la Recherche Scientifique et Technique (CONICET) de l’Institut de Physiologie, Biologie Moléculaire et Neurosciences (IFIBYNE, rattaché à l’Université de Buenos Aires).Aires (UBA) et CONICET et professeur à la Faculté des Sciences Exactes et Naturelles de l’UBA, en Argentine toutes ces entités.

Dans le même sens, Damián Refojo, également directeur de l’étude et chercheur CONICET à l’Institut de recherche en biomédecine de Buenos Aires (IBioBA, dépendant du CONICET et associé à la Société Max Planck d’Allemagne), indique que « ceux qui gèrent ces technologies, » Ce seront eux qui sauront mieux s’adapter aux nouvelles thérapies et même développer de nouvelles stratégies thérapeutiques avec les bénéfices conséquents en matière de santé humaine ou animale, mais aussi productive et commerciale.

Neurones hippocampiques de rat isolés et cultivés dans des boîtes de Pétri. Ils expriment la protéine fluorescente verte (GFP). (Photo : équipe de recherche / CONICET)

ARN circulaires

Dans les années 1960, l’acide ribonucléique (ARN) codant, appelé ARN messager (ARNm), a été découvert. Il agit comme intermédiaire entre l’ADN et son produit final, les protéines, essentielles à la structure et aux fonctions cellulaires.

L’information génétique « circule » de l’ADN vers la machinerie de production de protéines : l’ADN est d’abord « transcrit » sous forme d’ARNm, puis « traduit » sous forme de protéines. Il existe une grande diversité d’ARN codants qui sont traduits en différentes protéines dans les cellules. Cependant, depuis 2000, on a découvert qu’il existait un monde vaste et complexe de molécules d’ARN qui ne sont pas traduites en protéines, mais qui remplissent également des fonctions essentielles pour la cellule. Il s’agit des ARN dits non codants, qui peuvent être des molécules linéaires courtes ou longues ou des espèces plus rares comme les ARN circulaires, qui sont actuellement les moins bien comprises.

Quelle est la caractéristique des ARN circulaires qui leur confère leurs propriétés uniques et quelles fonctions remplissent-ils ? De la Mata et Refojo ont décidé de commencer à répondre à ces questions et à d’autres et pour ce faire, ils ont décidé de mener une étude conjointe.

En 2015, le laboratoire Refojo a publié dans la revue académique Molecular Cell une étude collaborative, dirigée par le Dr Nikolaus Rajewsky du Centre Max Delbruck de Berlin, en Allemagne, où il a été décrit pour la première fois que ce type d’ARN circulaires est fortement exprimé. dans le cerveau de différents animaux et même chez l’homme.

« Bien que la fonction de la plupart de ces ARN circulaires soit inconnue, ils représentent un champ d’étude fertile. Aujourd’hui, nous savons déjà que les ARN circulaires sont plus stables que les ARN linéaires et que certains en particulier remplissent des fonctions importantes dans différents types de cellules et tissus de l’organisme. Cependant, les mécanismes par lesquels ces ARN circulaires exercent leur fonction sont loin d’être compris », explique Refojo.

De plus, les chercheurs souhaitaient collecter des données sur l’interaction entre les ARN circulaires et d’autres types d’ARN non codants appelés microARN. « Les microARN sont de petites molécules qui jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Ils sont connus comme des « silencieux » de l’expression des gènes. Ils fonctionnent en se fixant à des séquences apparentées aux extrémités des ARN messagers (ARNm), inhibant leur traduction en protéines ou favorisant leur dégradation », explique De la Mata. Et il continue : « La fonction de « désactiver » des gènes spécifiques est nécessaire au fonctionnement et au développement normaux des organismes. Sinon, des altérations se produisent et peuvent conduire à des maladies.

De même, le fonctionnement normal des cellules et de l’organisme nécessite qu’à un certain moment les microARN soient éliminés une fois qu’ils remplissent leur fonction grâce à un processus appelé TDMD (de l’anglais « Target-directed microRNA degradation »).

En ce sens, De la Mata a contribué de manière substantielle à décrire le phénomène du TDMD lors de son stage postdoctoral à l’Institut Friedrich Miescher (FMI) de Bâle, en Suisse, qui a pris forme avec ses travaux dans une étude publiée dans la revue académique EMBO Reports (2015). ) et autres travaux connexes. « Le TDMD est un processus cellulaire très pertinent car en contrôlant les quantités de microARN il contrôle également l’abondance des ARNm et in fine des protéines présentes dans la cellule », explique le chercheur du CONICET.

ARN circulaires et expression génétique

L’interaction entre les ARN circulaires et les microARN « est un domaine de recherche particulièrement intrigant », explique De la Mata. Et il ajoute : « Certains ARN circulaires peuvent séquestrer les microARN, neutralisant leur capacité à réguler d’autres ARN messagers et, par conséquent, affectant le réseau de régulation génétique. “Ce mécanisme peut avoir des implications significatives dans divers processus biologiques et maladies.”

Pour révéler des informations sur l’interaction entre les ARN circulaires et les microARN, les auteurs de l’étude ont réalisé des expériences sur des neurones obtenus à partir de cerveaux d’embryons de souris et de lignées cellulaires humaines. À l’aide de méthodes de génie génétique et d’analyses bioinformatiques, les chercheurs du CONICET ont découvert que plusieurs ARN circulaires influencent la stabilité de différents microARN. « Nos résultats soutiennent l’idée selon laquelle les ARN circulaires influencent le TDMD, c’est-à-dire le processus de dégradation de microARN spécifiques. Dans certains cas, ils améliorent ce processus d’élimination et dans d’autres, ils l’inhibent. Mais un point central de notre travail était de démontrer que deux ARN qui ont la même composition (c’est-à-dire la même séquence de nucléotides ou « lettres ») et qui diffèrent uniquement par le fait que l’un est linéaire et l’autre circulaire, peuvent avoir des effets différents. sur TDMD., ce qui signifie que la circularité elle-même peut modifier la fonction de ces ARN », explique De la Mata.

« À la lumière de ces résultats, nous commencerons à explorer les utilisations thérapeutiques potentielles de ces ARN circulaires dans diverses maladies infectieuses, tumorales ou du système nerveux central », ajoute Refojo.

« Mieux comprendre ce type de molécules (ARN circulaires et microARN) a, selon moi, deux ramifications possibles au potentiel énorme. Le premier est leur utilisation comme outils dans les industries biotechnologiques et pharmaceutiques ; L’intérêt pour la recherche d’applications pour les deux types d’ARN a explosé ces dernières années, allant des projets de vaccins circulaires à ARN aux traitements basés sur les microARN pour certains types de cancer. Le deuxième concerne l’amélioration de notre compréhension de la régulation de l’expression des gènes dans les cellules, dont les utilisations potentielles sont infinies », explique Federico Fuchs, l’un des premiers auteurs de l’étude qui a participé aux travaux alors qu’il était chercheur. Docteur du CONICET dans le groupe dirigé par De la Mata et qui travaille actuellement au Département de Microbiologie de la Faculté de Médecine de l’Université Harvard, à Boston, aux États-Unis. Et il ajoute. “Nous ne pouvons que “réparer” les problèmes que nous comprenons. Connaître plus en détail de nouveaux types de régulation de l’expression des gènes peut nous permettre de trouver la cause de maladies jusqu’ici insaisissables et de choisir de nouvelles stratégies pour développer des traitements.”

« Comprendre la régulation de l’expression des gènes est essentiel à la compréhension des systèmes biologiques. Dans ce scénario, les ARN circulaires deviennent de plus en plus populaires, notamment en raison de leur abondance et de leur rôle dans le cerveau. Approfondir son étude nous permet de comprendre plus en détail le fonctionnement des neurones, du cerveau et de trouver des indices sur diverses maladies », explique Jerónimo Lukin, également premier auteur du travail alors qu’il était doctorant CONICET au laboratoire Refojo et aujourd’hui scientifique à la Icahn School of Medicine de Mount Sinai, New York, États-Unis.

« Le développement de vaccins basés sur des ARN circulaires et la possibilité de détecter ces molécules dans le sang et l’urine comme système de diagnostic précoce des maladies neurodégénératives et du cancer ont déjà commencé à être explorés ; Par conséquent, bien comprendre quelles propriétés la circularité confère à ces ARN nous permettra à l’avenir de mieux manipuler ces outils moléculaires », conclut De la Mata.

L’étude s’intitule « Influence de la circularité de l’ARN sur la dégradation des microARN dirigés par l’ARN cible ». Et cela a été publié dans la revue académique Nucleic Acids Research.

L’étude comprenait des collaborations avec les laboratoires de Jeremy Wilusz, du Baylor College of Medicine aux États-Unis, et de Gerhard Schratt, de l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH). Avec ce dernier laboratoire, De la Mata et Refojo ont obtenu un financement du Fonds national suisse (FNS) pour poursuivre cette ligne de recherche. (Source : CONICET)