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"Une nouvelle découverte scientifique démontre que les cellules humaines peuvent faire la transcription inverse ou rétrotranscription : écrire des séquences d’ARN dans l’ADN" par Thomas Jefferson University

dimanche 27 juin 2021, par University Thomas Jefferson


ISIAS Génétique

Une nouvelle découverte scientifique démontre que les cellules humaines peuvent faire la transcription inverse ou rétrotranscription : écrire des séquences d’ARN dans l’ADN

Traduction du 20 juin 2021 par Jacques Hallard – avec ajout de rappels de génétique sur la transcription et la transcription inverse ou rétrotranscription – à partir d’une publication en date du 11/06/2021 diffusée par ‘sciencedaily.com’ intitulée « New discovery shows human cells can write RNA sequences into DNA »et accessible sur ce site : https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210611174037.htm

Origine de l’information rapportée : Thomas Jefferson University.https://www.jefferson.edu/

« L’université Thomas Jefferson (en anglais : ‘Thomas Jefferson University’) est une université privée américaine située dans la ville de Philadelphie dans l’état de Pennsylvanie. Cet établissement d’enseignement supérieur est spécialisé dans la médecine. Il fut fondé en 1824 en tant que ‘Jefferson Medical College’ et se trouve dans le quartier de ‘Center City’ ». Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Universit%C3%A9_Thomas_Jefferson

Digital illustration of a dna Illustration Stock | Adobe Stock

DNA illustration (stock image). Credit : © adimas / stock.adobe.com

Résumé :

Dans une découverte qui remet en question un dogme établit de longue date en biologie, des chercheurs démontrent que les cellules de mammifères peuvent reconvertir des séquences d’ARN en ADN [transcription inverse#DAZUou rétrotranscription] : un exploit qui est plus courant chez les virus que chez les cellules eucaryotes.

Texte complet :

Les cellules contiennent des mécanismes biologiques qui dupliquent l’ADN dans un nouvel ensemble qui entre dans une cellule nouvellement formée. Cette même classe de mécanismes, appelées polymérases, crée également des messages d’ARN, qui sont comme des notes copiées à partir du référentiel central de recettes d’ADN, afin qu’elles puissent être lues plus efficacement en protéines. Mais on pensait que les polymérases ne fonctionnaient que dans un seul sens de l’ADN en ADN ou ARN. Cela empêche les messages d’ARN d’être réécrits [retranscrits] dans le livre de recettes principal de l’ADN génomique.

« Les polymérases sont des enzymes qui ont pour rôle la synthèse d’un brin de polynucléotide (ADN ou ARN), le plus souvent en utilisant un brin complémentaire comme matrice et des nucléotides triphosphate (NTP ou dNTP) comme monomères. Les polymérases synthétisent le nouveau brin dans le sens 5’ vers 3’, en formant une nouvelle liaison phosphodiester entre le 3’-OH du brin allongé et le 5’-phosphate du nucléotide triphosphate ajouté. Ceci s’accompagne de la libération de pyrophosphate provenant de l’hydrolyse du NTP ou dNTP. Lorsque la polymérisation utilise un brin comme matrice, la polymérisation s’effectue de manière antiparallèle et repose sur la formation de paires de bases complémentaires. Les polymérases sont caractérisées par la nature du polymère qu’elles synthétisent et celle du polymère qu’elle utilisent comme matrice (ADN ou ARN), lorsqu’elles en utilisent un, puisque certaines polymérases n’ont pas besoin de matrice. Elles sont également caractérisées par leur processivité, c’est-à-dire leur capacité à allonger leur substrat sans s’en dissocier. Enfin, on peut les classer en fonction du processus biologique dans lequel elles interviennent principalement : réplication du matériel génétique, transcription ou réparation… » - Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Polym%C3%A9rase

Suite de l’article traduit

Récemment, des chercheurs de l’Université Thomas Jefferson ont apporté la première preuve que les segments d’ARN peuvent être réécrits dans l’ADN, ce qui remet potentiellement en question le dogme central de la biologie et ce qui pourrait avoir de vastes implications affectant de nombreux domaines de la biologie.

[Rappel - Le dogme central de la biologie moléculaire – Posté le juillet 6, 2020–Auteurs : Elise Eray, Leticia Castillón, Pablo Guridi Fernández et Jakub Korzeniowski

La biologie semble être un sujet très vaste et compliqué pour beaucoup de personnes. Et à bien des égards, cela l’est effectivement. Cependant, une grande partie des connaissances en biologie, ou du moins en biologie moléculaire, s’est construite à partir d’un principe très simple que nous appelons « le dogme central de la biologie moléculaire ».

Ce dogme central a déjà été esquissé en 1957 par Francis Crick [1]. C’est la théorie qui explique le fonctionnement de la vie, en partant des minuscules bactéries et en allant jusqu’aux humains, en passant par les plantes et les animaux. Il existe bien entendu des différences entre les organismes, mais l’idée principale est la même pour tout le monde. Nous parlerons ici des humains, simplement parce qu’il est plus facile de s’y rattacher.

Nos corps sont constitués de cellules. Vos os, vos muscles, votre cerveau, etc… sont tous formés de cellules. Les cellules de différentes parties du corps peuvent être très différentes les unes des autres (mais cela peut être discuté dans un autre article !). Néanmoins, elles sont toutes composées d’éléments de base. L’un d’eux est le noyau, qui contient l’ADN.

Toutes les informations dont un organisme a besoin pour fonctionner sont contenues dans l’ADN (abréviation pour acide désoxyribonucléique), vous pouvez donc le considérer comme le manuel d’instructions des cellules. Ce manuel est codé avec un alphabet de quatre lettres, qui est suffisant pour former toutes les formes de vie ! Cependant, avant de pouvoir interpréter l’information, la cellule doit la transformer en un format différent et plus accessible, appelé l’ARN (acide ribonucléique). La transformation de l’ADN en ARN est appelée transcription. On peut imager ce concept comme le faite de « réécrire » ou copier une partie spécifique du manuel, et de l’envoyer comme une commande ou une tâche. Après cette étape, l’ARN quitte le noyau et est lu par de petites molécules appelées ribosomes, qui fabriquent des protéines selon les instructions indiquées. Le processus de formation de protéines est appelé traduction et peut être compris comme traduisant littéralement des informations d’une langue (langage ADN et ARN) à une autre (langage protéique). Le langage des protéines se compose de 20 « lettres » appelées acides aminés. Les acides aminés assemblés et pliés constituent des protéines qui effectuent le travail réel. Par exemple, nos muscles se contractent grâce à l’action de deux protéines (actine et myosine).

https://lh6.googleusercontent.com/m-Fautssbk4Bl5ubxdP-PIKmRM4_pawOwB9z-uz2tYQo0NSWHe__tingb0nx_7_Ho3HEY4VixaVS2R_M2BAfZictQ4jvARWIbmU3IrO_G6-hkJBMbGIHcnUTcAdTaFi_UHvX3UCy

Le dogme central de la biologie moléculaire était une révolution qui a changé la façon dont nous comprenons la vie [2]. Pour la première fois, les scientifiques ont compris les relations entre les molécules les plus abondantes de la cellule (ADN, ARN et protéines). Cependant, cette théorie était plutôt spéculative à l’époque, et la transcription et la traduction sont en réalité bien plus complexes que la version simplifiée présentée ici.

Crick, créant sa théorie, a mentionné une exception au dogme : les rétrovirus (par exemple, le VIH : virus de l’immunodéficience humaine). À ce moment-là, il n’a pas pu étayer ses propos avec des preuves, mais elle s’est en effet avérée vraie.

Les rétrovirus utilisent l’ARN comme matériel génétique de base et ils peuvent copier les informations de l’ARN dans l’ADN, dans un processus appelé transcription inverse [3]. Ce processus transforme le matériel génétique viral (ARN) en le même type que celui présent dans nos cellules (ADN). Grâce à cette stratégique, les virus détourne la machinerie de la cellule et l’utilise pour se répliquer.

La réplication est un processus de fabrication de deux copies identiques d’ADN à partir d’une molécule d’ADN. À mesure que nous grandissons, le nombre de cellules de notre corps augmente. Pour que les cellules fassent leur travail correctement, le manuel d’instructions (ADN) doit être transmis à chaque nouvelle cellule. La réplication [4], [5] assure la multiplication du nombre de copies d’ADN, afin que chaque cellule puisse en obtenir une. Le dogme central stipule que l’ADN est la principale molécule de réplication, bien que l’ARN puisse également être répliqué (comme dans les rétrovirus, vu ci-dessus, mais le processus pourrait également jouer un rôle chez l’homme [6]).

Concernant les protéines, selon la théorie de Crick, elles ne sont pas réplicables. Les cellules ne peuvent pas fabriquer une protéine basée sur une autre protéine – elles ont toujours besoin d’ARN. Pris ensemble, nous pouvons actuellement résumer le dogme central de la biologie moléculaire comme suit (les lignes pointillées indiquent des processus moins courants) :

https://lh4.googleusercontent.com/yZS-78qAXpFHJGY2qgNohXurolT8i8-Lrf2WnpDTnocG4LPNodHf63ZtxeiWl-g0-oeppi_tvuSsABG_OTnPhl966rdjCAkxKl9Zjh_s-MisNV7q5YXrWaXHCZcOtjg1lf31hFmz

La biologie est pleine de surprises et des phénomènes inattendus continuent d’apparaître. Dans certains cas, leur interprétation peut sembler contredire le dogme central. Par exemple, la découverte de prions [7] : ces protéines mal repliées peuvent changer la forme de protéines « normales » déjà existantes. Ils sont responsables de nombreuses maladies [8], comme la maladie de la vache folle. Certains scientifiques y voient un moyen de reproduire des informations au niveau des protéines [9]. 

Un autre exemple vient de l’épigénétique – qui représente les mécanismes modulant l’expression des gènes, sans altérer la séquence d’ADN. Vous pouvez l’imaginer comme un mécanisme donnant ou retirant l’accès à certaines parties de notre manuel d’instructions. Les instructions originales (l’ADN) ne sont pas touchées mais les copies (ARN) peuvent être légèrement modifiées. L’un de ces mécanismes repose sur des protéines qui peuvent contrôler le fragment d’ADN qui est réellement exprimé (c’est-à-dire utilisé par la cellule). Il peut être utilisé pour faire valoir que les informations peuvent remonter dans le dogme central d’origine [8]. Néanmoins, le consensus scientifique n’a pas encore été atteint, et le dogme central continue d’être la clé de notre compréhension de la vie au niveau moléculaire. 

Finalement, le dogme central n’est pas seulement important pour la biologie, mais aussi pour comprendre le nom de notre blog ! Tout comme certaines molécules dans la cellule transfèrent des informations à partir de l’ADN, afin qu’elles puissent être comprises par les ribosomes, nous voulons expliquer les sciences de manière simple, afin qu’elles puissent être comprises par tout le monde. Par conséquent, nous nous considérons comme le transcriptome (l’ensemble de toutes les molécules d’ARN à l’intérieur de la cellule). La seule différence est qu’au lieu d’informations provenant de l’ADN, nous mettons la science dans un format accessible !

Lire l’article complet avec les références et le trombinoscope des auteurs sur ce site : https://thetranscriptome.com/fr/le-dogme-centrale-de-la-biologie-moleculaire/ ]

Suite de l’article traduit

’Ce travail ouvre la porte à de nombreuses autres études qui nous aideront à comprendre l’importance d’avoir un mécanisme pour convertir les messages d’ARN en ADN dans nos propres cellules’, déclare Richard Pomerantz, PhD, professeur agrégé de biochimie et de biologie moléculaire à l’Université Thomas Jefferson. « La réalité selon laquelle une polymérase humaine peut le faire avec une grande efficacité, soulève de nombreuses questions. »

Par exemple, cette découverte suggère que les messages d’ARN peuvent être utilisés comme modèles pour réparer ou réécrire l’ADN génomique. Les travaux ont été publiés le 11 juin 2021 dans la revue ‘Science Advances’. En collaboration avec le premier auteur Gurushankar Chandramouly et d’autres collaborateurs, l’équipe du Dr Pomerantz a commencé par étudier une polymérase très inhabituelle, appelée polymérase thêta.

Sur les 14 ADN polymérases présentes dans les cellules de mammifères, seules trois effectuent l’essentiel du travail de duplication de l’ensemble du génome pour préparer la division cellulaire. Les 11 autres sont principalement impliquées dans la détection et la réparation en cas de rupture ou d’erreur dans les brins d’ADN.

La polymérase thêta répare l’ADN, mais elle est très sujette aux erreurs et provoque de nombreux défauts ou mutations. Les chercheurs ont donc remarqué que certaines des ’mauvaises’ qualités de la polymérase thêta étaient celles qu’elle partageait avec une autre machinerie cellulaire, bien qu’une plus courante dans les virus : la transcriptase inverse

Comme ‘Pol theta’ (polymérase thêta), la transcriptase inverse du VIH agit comme une ADN polymérase, mais peut également se lier à l’ARN et relire l’ARN dans un brin d’ADN. Dans une série d’expériences élégantes, les chercheurs ont testé la polymérase thêta contre la transcriptase inverse du VIH, qui est l’une des mieux étudiées en son genre. Ils ont montré que la polymérase thêta était capable de convertir les messages d’ARN en ADN, ce qu’elle faisait aussi bien que la transcriptase inverse du VIH, et qu’elle faisait en fait un meilleur travail que lors de la duplication d’ADN en ADN.

La polymérase thêta était plus efficace et introduisait moins d’erreurs lors de l’utilisation d’une matrice d’ARN pour écrire de nouveaux messages d’ADN, que lors de la duplication d’ADN en ADN, ce qui suggère que cette fonction pourrait être son objectif principal dans la cellule.

Le groupe de chercheurs a collaboré avec le laboratoire du Dr Xiaojiang S. Chen à l’USC et a utilisé la cristallographie aux rayons X pour définir la structure et il a découvert que cette molécule était capable de changer de forme afin de s’adapter à la molécule d’ARN plus volumineuse - un exploit unique parmi les polymérases. ’Notre recherche suggère que la fonction principale de la polymérase thêta est d’agir comme une transcriptase inverse’, explique le Dr Pomerantz.

[Cristallographie aux rayons X - Pour les articles homonymes, voir DRX et XRD.

Cliché de diffraction de la protéase virale 3CLpro cristallisée

Cliché de diffraction de la protéase virale 3CLpro cristallisée

La cristallographie aux rayons X, radiocristallographie ou diffractométrie de rayons X (DRX, on utilise aussi souvent l’abréviation anglaise XRD pour X-ray diffraction) est une technique d’analyse fondée sur la diffraction des rayons X par la matière, particulièrement quand celle-ci est cristalline. La diffraction des rayons X est une diffusion élastique, c’est-à-dire sans perte d’énergie des photons (longueurs d’onde inchangées), qui donne lieu à des interférences d’autant plus marquées que la matière est ordonnée. Pour les matériaux non cristallins, on parle plutôt de diffusion. Cette méthode utilise un faisceau de rayons X qui, rencontrant un cristal, est renvoyé dans des directions spécifiques déterminées par la longueur d’onde des rayons X et par les dimensions et l’orientation du réseau cristallin. Par la mesure des angles et de l’intensité des rayons diffractés, il est possible d’obtenir les dimensions de la maille cristalline, les symétries de la structure cristalline (groupe d’espace) et une image tridimensionnelle de la densité électronique dans la maille. À partir de cette densité, la position moyenne des atomes du cristal formant le motif cristallin peut être déterminée ainsi que la nature de ces atomes (dans une certaine mesure), leurs liaisons chimiques, leur agitation thermique et d’autres informations structurales.

Diffractogramme de poudre d’une zéolythe de type LSX

Exemple de diffractogramme de poudre

L’appareil de mesure s’appelle chambre de diffraction quand il est photographique et diffractomètre quand il comporte un système de comptage des photons (détecteur ou compteur). Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme… » - Article complet sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Cristallographie_aux_rayons_X ]

Suite de l’article traduit

’Dans les cellules saines, le but de cette molécule peut être la réparation de l’ADN par l’ARN. Dans les cellules malsaines, telles que les cellules cancéreuses, la polymérase thêta est fortement exprimée et favorise la croissance des cellules cancéreuses et la résistance aux médicaments. Il sera passionnant de mieux comprendre comment l’activité de la polymérase thêta sur l’ARN contribue à la réparation de l’ADN et à la prolifération des cellules cancéreuses.’

Cette recherche a été financée par les subventions NIH 1R01GM130889-01 et 1R01GM137124-01, ainsi que par R01CA197506 et R01CA240392. Cette recherche a également été financée en partie par une subvention de la ‘Tower Cancer Research Foundation’.

Origine du matériel d’information : Materials provided by Thomas Jefferson University. Note : Content may be edited for style and length.

Référence de la revue : Gurushankar Chandramouly, Jiemin Zhao, Shane McDevitt, Timur Rusanov, Trung Hoang, Nikita Borisonnik, Taylor Treddinick, Felicia Wednesday Lopezcolorado, Tatiana Kent, Labiba A. Siddique, Joseph Mallon, Jacklyn Huhn, Zainab Shoda, Ekaterina Kashkina, Alessandra Brambati, Jeremy M. Stark, Xiaojiang S. Chen, Richard T. Pomerantz. Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair. Science Advances, 2021 ; 7 (24) : eabf1771 DOI : 10.1126/sciadv.abf1771

Pour citer cette page : MLA APA Chicago - Thomas Jefferson University. ’New discovery shows human cells can write RNA sequences into DNA.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 11 June 2021. www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210611174037.htm

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Rappels de génétique sur la transcription et la transcription inverse ou rétrotranscription

Transcription (biologie)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/73/Transcription_traduction.png/300px-Transcription_traduction.png

Transcription/Traduction.

En biologie moléculaire, la transcription est la première étape de l’expression génique basée sur l’ADN, au cours de laquelle un segment particulier d’ADN est « copié » en ARN par une enzyme appelée ARN polymérase. Chez les eucaryotes, la transcription se déroule dans le noyau des cellules.

Certains types d’ARN, appelés « ARN non codants » n’ont pas vocation à être traduits en protéines et peuvent jouer un rôle régulateur ou structurel (par exemple les ARN ribosomiques). D’autres types d’ARN appelés « ARN messager » servent de matrice à la production de protéines au cours de l’étape dite de traduction. Par le biais des ARN messagers, la cellule peut exprimer une partie de l’information génétique contenue dans ses gènes et fabriquer les protéines nécessaires à son fonctionnement.

La transcription est un processus hautement régulé, permettant notamment aux cellules d’activer des gènes en fonction des stimuli externes. Chez les eucaryotes, il existe plusieurs types d’ARN polymérase, intervenant dans la transcription de différents types d’ARN (messager, ribosomique, de transfert, etc.). Chez les procaryotes, un seul type d’ARN polymérase permet la synthèse de tous les types d’ARN.

Durant la transcription, l’hélicase sépare les deux brins de l’ADN, permettant ainsi l’action de l’ARN polymérase. Pour commencer, celle-ci reconnaît et se fixe sur une région particulière de l’ADN, située en amont d’une région codante d’un gène : le site promoteur. (Cette première étape de la transcription est l’initiation, décrite plus bas plus en détail.)

Après la transcription se déroulent la maturation de l’ARN (ou modification post-transcriptionnelle) et la traduction, les deux autres étapes importantes de la biosynthèse des protéines. Dans le cas des procaryotes en revanche, aucune maturation n’est nécessaire avant la traduction.

L’ARN produit par la maturation de l’ARN est un ARN messager mature : plus court, il peut ensuite passer dans le cytoplasme, où il est traduit en protéines à partir des acides aminés, en présence des ribosomes et des ARN de transfert (ARNt). Ce mécanisme s’appelle la traduction… » - Article complet sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Transcription_(biologie)

Transcription inverse ou rétrotranscription

Description de cette image, également commentée ci-après

Transcriptase inverse du VIH-1.

La transcriptase inverse ou rétrotranscriptase (en anglais reverse transcriptase ou encore RT) est une enzyme utilisée par les rétrovirus et les rétrotransposons qui transcrivent l’information génétique des virus ou rétrotransposons de l’ARN en ADN, qui peut s’intégrer dans le génome de l’hôte. Les eucaryotes à ADN linéaire utilisent la télomérase, une variante de la transcriptase inverse, avec le modèle d’ARN contenu dans l’enzyme elle-même. L’enzyme que l’on mentionne collectivement sous le nom de transcriptase inverse comprend en général une activité ADN-polymérase ARN-dépendante et une activité ADN-polymérase ADN-dépendante, lesquelles travaillent en synergie pour réaliser la transcription en sens inverse de la direction standard. Cette transcription inverse ou rétrotranscription permet comme son nom l’indique de transcrire à l’envers c’est-à-dire d’obtenir de l’ADN à partir d’ARN.

La transcription inverse d’ARN est un des mécanismes principaux permettant la génération de séquences répétées dans les génomes, en particulier les répétitions dispersées. Dans le génome des mammifères, les séquences LINE ou les rétrovirus endogènes contiennent ainsi souvent un gène codant une transcriptase inverse permettant la réplication et la multiplication de ces éléments mobiles.

La transcriptase inverse est utilisée dans le cadre d’une RT-PCR pour quantifier par exemple de l’ARN. En effet, la réaction en chaîne par polymérase (PCR) amplifie de l’ADN qui diffère de l’ARN par une différence de sucre (Désoxyribose pour l’ADN, Ribose pour l’ARN), ainsi que par une différence de base azotée (l’uracile (U) de l’ARN correspond à la thymine (T) de l’ADN), la RT effectue ce changement de base pour ainsi donner de l’ADN exploitable en PCR… » - Source de l’article complet : https://fr.wikipedia.org/wiki/Transcriptase_inverse

Transcriptase inverse selon ‘Futura Sciences’

Schéma en couleurs  : Le virus de l’immunodéficience humaine (VIH), responsable du Sida, est un rétrovirus. © Kanijoman, Flickr, cc by 2.0 

La transcriptase inverse, ou rétrotranscriptase, est une enzyme qui permet de convertir l’ARN en ADN. Le brin d’ADN résultant de cette réaction est appelé ADN complémentaire (ADNc). Ces enzymes sont utilisées pas les rétrovirus qui contiennent de l’ARN. Les rétrovirus font synthétiser un ADNc par la cellule hôte afin de se répliquer.

La transcriptase inverse est employée en biologie moléculaire afin de réaliser une expérience de RT-PCR (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction ou réaction en chaîne par polymérase après transcription inverse). Cette dernière a pour but d’amplifier une molécule d’ARN. La première étape de cette technique consiste à rétrotranscrire l’ARN en ADNc, qui sera ensuite utilisé pour la PCR.

Source : https://www.futura-sciences.com/sante/definitions/genetique-transcriptase-inverse-13493/

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Traduction, [compléments] et intégration de liens hypertextes par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 20/05/2021

Site ISIAS = Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

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Mis en ligne par le co-rédacteur Pascal Paquin du site inter-associatif, coopératif, gratuit, sans publicité, indépendant de tout parti, géré par Yonne Lautre : https://yonnelautre.fr - Pour s’inscrire à nos lettres d’info > https://yonnelautre.fr/spip.php?breve103

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