Des chercheurs de l’Université de l’Indiana à Bloomington ont découvert des étapes auparavant cachées d’un processus de silençage génique utilisé pour combattre les virus et autres envahisseurs potentiels du génome.
Les nouvelles découvertes, publiées dans Gènes & Développement, rapportent les travaux d’une équipe dirigée par le premier auteur, le Dr Feng Wang dans le laboratoire du professeur émérite de biologie et de biochimie moléculaire et cellulaire, Craig Pikaard. L’étude révèle comment un membre d’une importante famille de protéines, ARGONAUTE 4 (AGO4), se lie, coupe et retient des fragments de molécules d’acide ribonucléique (ARN) qui guident l’inactivation chimique des gènes avec des séquences correspondantes.
Le silençage génique médié par les molécules d’ARN est connu sous le nom d’interférence ARN, ou ARNi, et se produit dans divers organismes qui comprennent des animaux, des insectes, des plantes et des champignons. Il existe plusieurs types d’ARNi différents, mais tous partagent des caractéristiques communes. Tout commence par des protéines d’ARN polymérase lisant l’information génétique stockée dans l’ADN et la copiant dans l’ARN, un processus connu sous le nom de transcription.
Dans toutes les voies de l’ARNi, des ARN double brin (ARNdb) sont synthétisés, les deux brins appariés comme une double hélice d’ADN. Ces ARNdb sont coupés par les protéines Dicer en ARNdb plus courts dont les brins individuels peuvent varier d’environ 21 à 35 nucléotides (les unités individuelles des polymères d’ARN) selon l’espèce et la voie de l’ARNi. Les ARNdb coupés en dés sont ensuite chargés dans une protéine de la famille Argonaute. Un seul brin, appelé brin guide, est destiné à rester associé de manière stable à la protéine AGO.
L’autre brin, dit brin passager, est libéré et dégradé. La protéine AGO utilise ensuite le brin guide pour trouver des cibles d’ARN auxquelles le brin guide peut s’apparier, conduisant au silençage génique par différents moyens. Dans un scénario, utilisé pour inactiver les ARN qui codent pour les protéines, le guide programme AGO pour découper l’ARN cible en deux fragments ou séquestrer l’ARN cible loin de la machinerie de synthèse des protéines.
Dans un scénario alternatif, l’appariement de l’ARN guide à l’ARN cible se produit alors que l’ARN cible est encore en cours de synthèse et entraîne le recrutement de protéines modifiant chimiquement le gène en cours de transcription. Dans divers organismes qui incluent les plantes et les humains, ces modifications impliquent l’ajout de groupes méthyle à un seul carbone à l’ADN transcrit, entraînant des changements dans l’organisation des gènes qui empêchent d’autres cycles de transcription et de synthèse d’ARN.
Dans la nouvelle étude, Wang et al. ont étudié le rôle d’AGO4 dans une voie ARNi chez les plantes appelée méthylation de l’ADN dirigée par l’ARN. L’enzyme dicer de cette voie génère à la fois des ARN de 23 et 24 nucléotides (nt), mais des études antérieures n’avaient trouvé que des ARN de 24 nt associés à AGO4, ce qui rend la fonction des ARN de 23 nt incertaine.
Une révélation est venue de l’analyse de plantes conçues pour produire AGO4 qui est incapable de trancher les ARN cibles. Dans cette lignée, les ARN de 23 et 24 nt ont été trouvés associés à AGO4. Cela suggère que les ARN de 23 nt servent normalement de brins passagers pour les ARN de 24 nt et sont ensuite tranchés, une hypothèse étayée par la récapitulation de la réaction dans le tube à essai.
Cependant, les fragments des ARN tranchés de 23 nt n’ont pas été libérés, comme prévu. Au lieu de cela, ils ont été retenus par AGO4, à la fois dans la cellule et dans le tube à essai. Suite à cette observation, Wang et ses collègues ont découvert que les fragments d’ARN cibles sont également retenus par AGO4 après le tranchage, ce qui suggère que ces fragments jouent un rôle auparavant non reconnu dans la méthylation de l’ADN dirigée par l’ARN.
Conformément à cette idée, les auteurs ont découvert que l’activité de découpage de l’ARN d’AGO4 est nécessaire pour atteindre des niveaux élevés de méthylation de l’ADN sur les sites cibles du génome. Les auteurs supposent que les fragments d’ARN retenus aident à attacher les complexes AGO4-ARN aux séquences d’ADN correspondantes pour augmenter l’efficacité de la méthylation de l’ADN.
Plus d’information:
Feng Wang et al, Réactions enzymatiques d’AGO4 dans la méthylation de l’ADN dirigée par l’ARN : chargement duplex d’ARNsi, élimination du brin passager, découpage de l’ARN cible et rétention de la cible en tranches, Gènes & Développement (2023). DOI : 10.1101/gad.350240.122