On pense que l’ARN est à l’origine de la vie en s’autocopiant. Des chercheurs de l#39Université d#39Aarhus, au Danemark, et du MRC LMB Cambridge, en Angleterre, ont révélé la composition atomique d#39une « device à copier l#39ARN » grâce à la cryo-EM. Cette percée fulfilled en lumière un monde primordial de l’ARN et alimente les progrès de la nanotechnologie et de la médecine de l’ARN.
- Des chercheurs ont utilisé la cryo-EM pour révéler la composition atomique d'une «machine à copier l'ARN», ce qui apporte des informations sur le monde primitif de l'ARN et ouvre des perspectives en nanotechnologie et médecine de l'ARN.
- La structure de cette réplicase d'ARN présente des similarités avec les polymérases à base de protéines, suggérant que l'évolution peut trouver des solutions convergentes, qu'il s'agisse d'ARN ou de protéines.
- Cette étude pourrait aider à concevoir des mécanismes de réplication plus efficaces pour les réplicases basées sur l'ARN et contribuer au développement de la nanotechnologie de l'ARN et de la médecine.
La question de savoir comment la machinerie moléculaire complexe de la vie est née à partir de simples débuts est une dilemma de longue day. Plusieurs éléments de preuve pointent vers un « monde de l’ARN » primordial, dans lequel une « machine à copier l’ARN » (appelée réplicase) a commencé à faire des copies d’elle-même et d’autres molécules d’ARN pour relancer l’évolution et la vie elle-même. Cependant, l’ancienne réplicase semble avoir été perdue avec le temps et son rôle dans la biologie moderne a été repris par des machines protéiques furthermore efficaces. Pour étayer l’hypothèse du monde de l’ARN, les chercheurs ont cherché à recréer un équivalent de la réplicase de l’ARN en laboratoire. Bien que de tels « doubles » moléculaires de l’ancienne réplicase aient été découverts, leur construction moléculaire détaillée et leur method d’action sont restés insaisissables en raison de la difficulté de déterminer la composition des molécules d’ARN dynamiques.
Composition d#39une réplicase d#39ARN aimant la glace
Dans un short article de recherche publié dans PNAS, une équipe de chercheurs rapporte maintenant la première structure atomique d#39une réplicase d#39ARN utilisant la microscopie électronique cryogénique (cryo-EM). La réplicase d#39ARN étudiée a été développée par le laboratoire Holliger (MRC LMB Cambridge, Royaume-Uni) pour être efficace dans la copie de longues matrices à l#39aide de triplets de nucléotides dans la section eutectique de glace (semblable à la neige fondante). De retour d#39études postdoctorales au laboratoire Holliger, Emil L. Kristoffersen, actuellement professeur adjoint à l#39Université d#39Aarhus, a facilité une collaboration avec le laboratoire Andersen (Université d#39Aarhus, Danemark) pour déterminer la composition de la réplicase de l#39ARN par cryo-EM. Il est intéressant de noter que la framework présente des similitudes frappantes avec les polymérases à base de protéines, avec des domaines de liaison aux modèles, de polymérisation et de discrimination des substrats disposés sous une forme moléculaire ressemblant à une most important ouverte.
« Il était surprenant de constater qu#39un ribozyme que nous avons développé artificiellement dans un tube à essai présenterait les caractéristiques des protéines polymérases naturelles. Cela indique que l#39évolution peut découvrir des answers moléculaires convergentes, peu importe s#39il s#39agit d#39ARN ou de protéines », explique Philipp Holliger, responsable de programme au MRC LMB Cambridge, Royaume-Uni.
Modèle de synthèse d#39ARN dans un monde d#39ARN
Pour mieux comprendre le fonctionnement de la réplicase d’ARN, les chercheurs ont réalisé une étude mutationnelle complète pour mettre en évidence les éléments cruciaux de la structure de l’ARN. Cette analyse a confirmé les caractéristiques du site catalytique, mais a également révélé l#39importance de deux interactions dites en boucle de baiser, qui lient l#39échafaudage et les sous-unités catalytiques, ainsi que l#39importance d#39un domaine d#39ARN spécifique pour la fidélité, c#39est-à-dire la précision. avec lequel la réplicase copie les brins d#39ARN. Bien que les chercheurs n#39aient pas pu déterminer la construction de la réplicase « en action » tout en copiant activement l#39ARN, il a été doable de construire un modèle de copie d#39ARN basé sur l#39ARN qui soit cohérent avec toutes les données expérimentales.
« Cryo-EM est une méthode puissante pour étudier la construction et les caractéristiques dynamiques des molécules d#39ARN. En combinant les données cryo-EM avec des expériences, nous avons pu construire un modèle du fonctionnement interne de cette equipment à ARN complexe », explique Ewan McRae, qui a effectué des travaux de cryo-EM en tant que postdoctorant dans le laboratoire Andersen de l#39Université d#39Aarhus, mais qui a maintenant créé son propre groupe de recherche au Houston Methodist Analysis Institute, au Texas, aux États-Unis.
Inspiration pour la nanotechnologie de l#39ARN et la médecine
L’étude fournit un leading aperçu passionnant d’une réplicase d’ARN qui résiderait à la racine même de l’arbre de vie. Les réplicases basées sur l#39ARN actuellement développées sont cependant très inefficaces (comparées aux polymérases basées sur les protéines) et ne peuvent pas encore soutenir leur propre réplication et évolution. Les informations structurelles fournies par l’étude rapportée pourraient aider à concevoir des mécanismes de réplication additionally efficaces et ainsi nous rapprocher du développement de scénarios du monde de l’ARN dans le tube à essai.
« Les propriétés des réplicases d#39ARN pourraient être encore améliorées en utilisant des modifications chimiques qui pourraient exister dans un monde à ARN. En outre, la recherche sur l#39origine de la vie conduit à la découverte de plusieurs nouveaux éléments constitutifs de l#39ARN qui pourraient être utilisés dans le domaine émergent de la Nanotechnologie de l#39ARN et médecine », explique Ebbe Sloth Andersen, professeur agrégé à l#39université d#39Aarhus, au Danemark.
