Chloé Moreau Nous vivons dans un monde créé et dirigé par l’ARN, le frère tout aussi significant de la molécule génétique ADN. En fait.: la science a révélé que moins de 3 % du génome humain est transcrit en molécules d’ARN messager (ARNm) qui, à leur tour, sont traduites en protéines. En revanche, 82% de celui-ci est transcrit en molécules d’ARN avec d’autres fonctions dont beaucoup restent encore énigmatiques.
Pour comprendre ce que fait une molécule d’ARN individuelle, sa framework 3D doit être déchiffrée au niveau de ses atomes constitutifs et de ses liaisons moléculaires. Cependant.
Maintenant, une collaboration de recherche dirigée par Peng Yin, Ph.D. membre de la Wyss Main College. au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université de Harvard, et Maofu Liao, Ph.D. à la Harvard Healthcare College (HMS). ROCK. utilise une method nanotechnologique d’ARN qui lui permet d’assembler plusieurs molécules d’ARN identiques en une structure hautement organisée, ce qui réduit considérablement la flexibilité des molécules d’ARN individuelles et multiplie leur poids moléculaire. l’équipe a montré que leur méthode permet l’analyse structurelle des sous-unités d’ARN contenues avec une method connue sous le nom de cryo-microscopie électronique (cryo-EM).
« ROCK brise les limites actuelles des investigations structurelles de l’ARN et permet de déverrouiller les constructions 3D des molécules d’ARN qui sont difficiles ou impossibles d’accès avec les méthodes existantes, et à une résolution quasi atomique », a déclaré Yin, qui, avec Liao, a dirigé l’étude.. “Nous nous attendons à ce que cette avancée revigore de nombreux domaines de la recherche fondamentale et du développement de médicaments.” Yin est également un chef de file de l’Initiative de robotique moléculaire de l’Institut Wyss et professeur au Département de biologie des systèmes au HMS.
Maîtriser l’ARN
y compris les briques d’ADN et l’origami d’ADN. Ils ont émis l’hypothèse que de telles stratégies pourraient également être utilisées pour assembler des molécules d’ARN naturelles dans des complexes circulaires hautement ordonnés dans lesquels leur liberté de flexion et de mouvement est fortement limitée en les liant spécifiquement les unes aux autres. De nombreux ARN se replient de manière complexe mais prévisible. Le résultat est souvent un “noyau” stabilisé et des “boucles de tige” bombées vers la périphérie.
contenant plusieurs copies de l’ARN d’intérêt”, a déclaré Di Liu, Ph.D. l’un des deux premiers auteurs et boursier postdoctoral du groupe de Yin. “Nous avons émis l’hypothèse que ces anneaux d’ordre supérieur pourraient être analysés avec une haute résolution par cryo-EM.”
Imagerie d’ARN stabilisé
En cryo-EM, de nombreuses particules individuelles sont congelées instantanément à des températures cryogéniques pour empêcher tout autre mouvement, puis visualisées avec un microscope électronique et à l’aide d’algorithmes de calcul qui comparent les différents aspects des projections de surface area 2D d’une particule et reconstruisent son architecture 3D.. Peng et Liu ont fait équipe avec Liao et son ancien étudiant diplômé François Thélot, Ph.D. l’autre co-premier auteur de l’étude.
y compris les protéines, les ADN et les ARN, mais la petite taille et la tendance cell de la plupart des ARN empêchent la détermination réussie des structures d’ARN. Notre nouvelle méthode d’assemblage de multimères d’ARN résout ces deux problèmes en même temps, en augmentant la taille de l’ARN et en réduisant son mouvement », a déclaré Liao, qui est également professeur agrégé de biologie cellulaire au HMS.
Pour fournir une preuve de principe pour ROCK, l’équipe s’est concentrée sur un grand ARN d’intron de Tetrahymena, un organisme unicellulaire, et un petit ARN d’intron d’Azoarcus, une bactérie fixatrice d’azote, ainsi que le soi-disant FMN riboswitch. Les ARN d’intron sont des séquences d’ARN non codantes dispersées dans les séquences d’ARN fraîchement transcrits et doivent être “épissées” pour que l’ARN experienced soit généré. Le riboswitch FMN se trouve dans les ARN bactériens impliqués dans la biosynthèse des métabolites de flavine dérivés de la vitamine B2. En se liant à l’un d’eux, la flavine mononucléotide (FMN), il improve sa conformation 3D et supprime la synthèse de son ARN mère.
“L’assemblage de l’intron du groupe I de Tetrahymena dans une construction en forme d’anneau a rendu les échantillons furthermore homogènes et a permis l’utilisation d’outils informatiques tirant parti de la symétrie de la framework assemblée. Bien que notre ensemble de données soit de taille relativement modeste, les avantages innés de ROCK nous ont permis pour résoudre la structure à une résolution sans précédent », a déclaré Thélot. “Le noyau de l’ARN est résolu à 2,85 Å , révélant des caractéristiques détaillées des bases nucléotidiques et du squelette de sucre. Je ne pense pas que nous aurions pu y arriver sans ROCK – ou du moins pas sans beaucoup as well as de ressources.”
par exemple, elles modifient leur conformation 3D dans le cadre de leur fonction. l’équipe a réussi à identifier les différentes conformations par lesquelles passe l’intron d’Azoarcus au cours de son processus d’auto-épissage, et à révéler la rigidité conformationnelle relative du web site de liaison au ligand du ribocommutateur FMN..
“Cette étude de Peng Yin et de ses collaborateurs montre avec élégance comment la nanotechnologie de l’ARN peut fonctionner comme un accélérateur pour faire progresser d’autres disciplines. Être able de visualiser et de comprendre les buildings de nombreuses molécules d’ARN naturelles pourrait avoir un effects considérable sur notre compréhension de nombreux facteurs biologiques et pathologiques. processus à travers différents varieties de cellules, tissus et organismes. a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D. qui est également professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical Faculty et à Boston. Children’s Hospital et professeur de bioingénierie à la Harvard John A. Paulson University of Engineering and Utilized Sciences.
L’étude a également été rédigée par Joseph Piccirilli, Ph.D. specialist en chimie et biochimie de l’ARN et professeur à l’Université de Chicago. Il a été soutenu par la National Science Foundation (NSF subvention # CMMI-1333215, CCMI-1344915 et CBET-1729397), Air Drive Workplace of Scientific Study (AFOSR subvention MURI Fate, # FA9550-15-1-0514), Nationwide Institutes of Overall health (NIH subvention # 5DP1GM133052, R01GM122797 et R01GM102489) et l’Initiative de robotique moléculaire de l’Institut Wyss.
