Structure à double hélice d’ARN identifiée à l’aide de la lumière synchrotron

Lorsque Francis Crick et James Watson ont découvert la structure à double hélice de l’acide désoxyribonucléique (ADN) en 1953, leurs découvertes ont commencé une révolution génétique pour cartographier, étudier et séquencer les éléments constitutifs des organismes vivants.

L’ADN code le matériel génétique transmis de génération en génération. Pour que les informations codées dans l’ADN soient transformées en protéines et enzymes nécessaires à la vie, l’acide ribonucléique (ARN), matériel génétique monocaténaire présent dans les ribosomes des cellules, sert d’intermédiaire. Bien que généralement monocaténaire, certaines séquences d’ARN ont la capacité de former une double hélice, tout comme l’ADN.

En 1961, Alexander Rich et David Davies, Watson et Crick ont émis l’hypothèse que l’ARN connu sous le nom de poly (rA) pourrait former une double hélice à brins parallèles.

Cinquante ans plus tard, des scientifiques de l’Université McGill ont réussi à cristalliser une courte séquence d’ARN, poly(rA) 11, et ont utilisé les données recueillies au Canadian Light Source (CLS) et au Synchrotron à haute énergie de Cornell pour confirmer l’hypothèse d’une double hélice poly (rA).

La structure 3D détaillée du poly(rA)11 a été publiée par le laboratoire du professeur de biochimie de McGill Kalle Gehring, en collaboration avec George Sheldrick, Université de Göttingen, et Christopher Wilds, Université Concordia. Wilds et Gehring sont membres de l’association québécoise de biologie structurale GRASP. L’article est paru dans la revue Angewandte Chemie International Edition sous le titre « Structure du Duplex parallèle de l’ARN Poly(A): Évaluation d’une prédiction vieille de 50 ans. »

 » Après 50 ans d’études, l’identification d’une nouvelle structure d’acide nucléique est très rare. Alors, lorsque nous sommes tombés sur les cristaux inhabituels de poly (rA), nous avons sauté dessus « , a déclaré le Dr Gehring, qui dirige également le programme de formation sur les bionanomachines de McGill.

Gehring a dit que l’identification de l’ARN à double hélice aura des applications intéressantes pour la recherche dans les nanomatériaux biologiques et la chimie supramoléculaire. Les acides nucléiques ont des propriétés étonnantes de reconnaissance de soi et leur utilisation comme matériau de construction ouvre de nouvelles possibilités pour la fabrication de bionanomachines – des dispositifs à l’échelle nanométrique créés à l’aide de la biologie de synthèse.

« Les bionanomachines sont avantageuses en raison de leur taille extrêmement petite, de leur faible coût de production et de leur facilité de modification », a déclaré Gehring. « De nombreuses bionanomachines affectent déjà notre vie quotidienne sous forme d’enzymes, de capteurs, de biomatériaux et de traitements médicaux. »

Gehring a ajouté que la preuve de la double hélice d’ARN peut avoir divers avantages en aval pour les traitements médicaux et les remèdes contre des maladies comme le SIDA, ou même pour aider à régénérer les tissus biologiques.

« Notre découverte de la structure poly(rA) souligne l’importance de la recherche fondamentale. Nous cherchions des informations sur la façon dont les cellules transforment l’ARNm en protéines, mais nous avons fini par répondre à une question de longue date de la chimie supramoléculaire. »

Pour les expériences, Gehring et une équipe de chercheurs ont utilisé les données obtenues à l’Installation canadienne de cristallographie macromoléculaire (CMCF) de CLS pour résoudre avec succès la structure de l’ARN poly(rA) 11.

Michel Fodje, scientifique de la ligne de faisceau du CMCF, a déclaré que les expériences ont très bien réussi à identifier la structure de l’ARN et peuvent avoir des conséquences sur la façon dont l’information génétique est stockée dans les cellules.

« Bien que l’ADN et l’ARN portent tous deux des informations génétiques, il existe de nombreuses différences entre eux », a déclaré le Dr Fodje. « Les molécules d’ARNm ont des queues poly (rA), qui sont chimiquement identiques aux molécules du cristal. La structure poly(rA) peut être physiologiquement importante, en particulier dans des conditions où il y a une forte concentration locale d’ARNm. Cela peut se produire lorsque les cellules sont stressées et que l’ARNm se concentre en granules à l’intérieur des cellules. »

Avec ces informations, les chercheurs continueront à cartographier les diverses structures de l’ARN et leurs rôles dans la conception de nouvelles bionanomachines et dans les cellules en période de stress.

La recherche sur la structure poly(rA) a été financée par des subventions du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada avec le soutien de la Fondation canadienne pour l’innovation, du Gouvernement du Québec, de l’Université Concordia et de l’Université McGill.