Les êtres vivants, des bactéries aux plantes en passant par les humains, doivent constamment ajuster la soupe chimique de protéines – les molécules de travail de la vie – à l’intérieur de leurs cellules pour s’adapter au stress ou aux conditions changeantes, par exemple lorsque les nutriments sont rares ou lorsqu’un agent pathogène attaque.
Aujourd’hui, les chercheurs ont identifié un mécanisme moléculaire jusqu’alors inconnu qui permet d’expliquer comment ils y parviennent.
Étudier une plante grêle appelée Arabidopsis thaliana, une équipe dirigée par l’Université Duke a découvert de courts extraits d’ARN replié qui, dans des conditions normales, maintiennent les niveaux de protéines de défense à un niveau bas pour éviter de nuire aux plantes elles-mêmes. Mais lorsque les plantes détectent un agent pathogène, ces structures d’ARN repliées sont décompressées, permettant aux cellules végétales de fabriquer des protéines de défense pour combattre l’infection.
Cette découverte ne s’applique pas seulement aux plantes, notent les auteurs dans leur publication du 6 septembre dans la revue Nature. Ils ont également découvert que ces structures d’ARN ont également des effets similaires sur la production de protéines dans les cellules humaines.
“C’est un autre outil de notre boîte à outils” pour contrôler la production de protéines, a déclaré Xinnian Dong, professeur de biologie à Duke, auteur principal de l’étude.
À l’intérieur de chaque cellule du corps, des millions de molécules de protéines accomplissent les tâches de la vie : elles sont l’équivalent cellulaire des briques et des poutres, fournissant structure et support. Ce sont également les messagers chimiques de la cellule, qui envoient et reçoivent des signaux. Et ce sont eux les défenseurs, déployés en réponse aux envahisseurs étrangers.
Pour construire une protéine, des sections du modèle d’ADN contenues dans le noyau de la cellule sont transcrites en molécules messagères appelées ARNm, qui sont des instructions pour fabriquer des protéines. Ces instructions sont transmises au reste de la cellule, où des dispositifs de décodage appelés ribosomes traduisent le message de l’ARNm pour assembler une chaîne d’acides aminés, les éléments constitutifs d’une protéine.
Normalement, les ribosomes parcourent la molécule d’ARNm jusqu’à ce qu’ils trouvent une séquence spéciale de trois lettres qui dit : « commencez ici pour fabriquer une protéine ».
Mais dans la nouvelle étude, Dong et Yezi Xiang, titulaire d’un doctorat. étudiant au laboratoire de Dong, a découvert que, lorsqu’un Arabidopsis Lorsque le semis détecte un agent pathogène potentiel, les ribosomes de la plante contournent le signal habituel de « démarrage » de la synthèse des protéines et commencent à traduire l’ARNm plus en aval, construisant une chaîne d’acides aminés complètement différente – et donc une protéine différente – nécessaire pour combattre l’infection.
Dong et son équipe voulaient savoir : comment les cellules passent-elles d’un site de départ à un autre ?
Pour mieux comprendre cette prise de décision cellulaire rapide qui se produit lorsqu’une plante détecte un envahisseur, les chercheurs se sont tournés vers une technique, appelée SHAPE-MaP, qui leur permet de détecter les changements dans le repliement de l’ARNm au sein des cellules vivantes.
À proximité du « feu vert » habituel qui déclenche la synthèse des protéines, les chercheurs ont découvert de courtes séquences d’ARNm qui se replient sur elles-mêmes pour former des structures en « épingle à cheveux » double brin.
Dans des conditions normales, ces épingles à cheveux agissent comme des freins, empêchant les ribosomes de fabriquer des protéines de défense dont les instructions se situent plus en aval.
Mais quand Arabidopsis Les semis sentent qu’ils sont attaqués, des enzymes spéciales appelées hélicases à ARN sont produites qui décompressent les épingles à cheveux afin que les ribosomes puissent passer à travers et continuer à scanner le long de la molécule d’ARNm.
“Une fois ces panneaux d’arrêt supprimés, les ribosomes ne s’arrêtent pas là, mais descendent plus bas pour traduire les protéines de défense”, a déclaré Dong.
Bien que l’équipe ait réalisé la majeure partie de ses expériences Arabidopsis Dans certaines plantes, des hélicases à ARN et des structures en épingle à cheveux similaires ont été trouvées dans d’autres organismes, de la levure aux humains, ce qui suggère que ce mécanisme de reprogrammation de la synthèse des protéines pourrait être répandu.
Dans des expériences de suivi, les chercheurs ont utilisé l’apprentissage automatique pour concevoir une épingle à cheveux d’ARNm fabriquée en laboratoire et l’ont ajoutée aux gènes humains. Les épingles à cheveux synthétiques ont également contribué à modifier la production de protéines dans les cellules humaines.
L’équipe a déposé un brevet provisoire sur la découverte.
Dong dit que les résultats pourraient conduire à de nouvelles façons de concevoir des cultures « non seulement résistantes aux agents pathogènes, mais également aux stress environnementaux comme la chaleur, le froid et la sécheresse ».
À l’avenir, a déclaré Dong, il pourrait également être possible de concevoir des épingles à cheveux d’ARNm pour l’édition du génome afin d’aider à combattre les infections ou à traiter les maladies chez l’homme.
“L’objectif est d’aider les cellules à produire la bonne quantité de protéines au bon moment et au bon endroit”, a déclaré Dong. “C’est un pas vers cet objectif.”
Ce travail a été soutenu par des subventions de la National Science Foundation des États-Unis (IOS-1645589 et IOS-2041378), du Howard Hughes Medical Institute, du State Key Research Development Program of China (2019YFA0110002), de la Natural Science Foundation of China (32125007 et 91940306). ) et les National Institutes of Health des États-Unis (R35-GM122532).
2023-09-21 23:40:49
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