Un chimiste qui dirige le bureau de recherche de l’Université de Cincinnati joue un rôle dans une entreprise scientifique visant à percer les secrets de l’ARN.
Les Académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine ont a publié un rapport qui présente un plan ambitieux pour séquencer les molécules qui jouent un rôle crucial dans le partage de l’information génétique entre les cellules.
Le rapport décrit les étapes à suivre pour créer la technologie et rassembler les ressources scientifiques collectives nécessaires pour réussir au cours des 15 prochaines années.
Le projet a été comparé au Projet du génome humain, un effort massif de 13 ans réalisé en 2003 par des scientifiques du monde entier pour séquencer l’ADN humain. Mais Patrick Limbach, vice-président de la recherche à l’UC, a déclaré qu’il existe une différence importante : le séquençage de l’ARN est beaucoup plus difficile.
« C’est une entreprise difficile », a déclaré Limbach.
Limbach siège au comité d’étude de l’Académie nationale des sciences qui a défini la portée du projet.
« Le projet Génome humain a captivé l’imagination de nombreuses personnes pour comprendre qui nous sommes en tant qu’êtres humains », a déclaré Limbach. « Mais l’ADN ne change pas tellement. En comparaison, l’ARN est dynamique. Il est constamment produit et dégradé. Et les cellules peuvent modifier le même ARN différemment, ce qui ajoute à la complexité des systèmes biologiques. »
Limbach a déclaré qu’étudier l’ADN, c’est comme examiner attentivement chaque détail d’une photo. Mais étudier l’ARN, c’est comme « essayer d’examiner chaque image d’un film pendant sa lecture. Cela nécessite un ensemble de technologies différent ».
Limbach est un éminent chercheur de l’Ohio et professeur de chimie au Collège des arts et des sciences de l’UC. Dans son laboratoire, il utilise des outils tels que la spectrométrie de masse pour étudier l’ARN. Il détient deux brevets relatifs à ses travaux en analyse d’ARN. Les travaux de son laboratoire ont été cités 30 fois dans le récent rapport des National Academies.
« Actuellement, mon laboratoire fait partie d’un projet collaboratif multinational qui tente de trouver certains des meilleurs principes opérationnels pour étudier les modifications de l’ARN », a-t-il déclaré.
Le séquençage de l’ARN sous toutes ses formes pourrait grandement bénéficier à la santé publique.
Le rapport intitulé « Tracer un avenir pour le séquençage de l’ARN et ses modifications » explique comment l’ARN est « édité » et révisé, donnant parfois naissance à des milliers de molécules d’ARN distinctes pour chaque gène. Ce système complexe est essentiel à la croissance et au maintien des cellules. Mais les dégradations de l’ARN peuvent également conduire à un large éventail de maladies humaines, du cancer aux maladies cardiaques en passant par les troubles neurologiques et auto-immunes.
« Le principe de base de la biologie moléculaire est que l’ADN crée l’ARN et que l’ARN crée les protéines dont nos cellules ont besoin », a déclaré Limbach. « Donc, si l’ARN comporte des erreurs, est mal lu ou n’est pas modifié correctement, il peut produire la mauvaise protéine, conduisant à toutes sortes de maladies pour la santé humaine. »
Le rapport décrit comment le projet pourrait contribuer à améliorer le diagnostic et le traitement des maladies et à identifier des moyens plus efficaces de contrôler les agents pathogènes nocifs.
Presque tout le monde connaît déjà un exemple de la manière dont les scientifiques exploitent le pouvoir de l’ARN en médecine. Les vaccins Pfizer et Moderna utilisent un type d’ARN appelé ARNm pour créer des anticorps contre le COVID-19. L’UC a dirigé les essais cliniques du vaccin Moderna en 2020.
Les chercheurs Katalin Karikó et Drew Weissman de l’Université de Pennsylvanie ont reçu un prix Nobel pour leurs travaux révolutionnaires sur la modification de l’ARN qui ont conduit au vaccin.
« S’ils n’avaient pas déjà fait le travail qu’ils ont fait sur la modification de l’ARN, nous aurions pu nous retrouver avec des vaccins contre la COVID qui n’étaient pas aussi efficaces », a déclaré Limbach. « Les vaccins rendent notre projet beaucoup plus accessible au public pour comprendre pourquoi les scientifiques s’y intéressent. »
Au Cancer Center de l’UC, les scientifiques utilisent une technologie similaire pour développer un vaccin contre le cancer du pancréas, une maladie mortelle qui touche plus de 66 000 personnes chaque année aux États-Unis. Cette technologie redonne espoir aux patients qui luttent contre une maladie mortelle dans 95 % des cas.
Mais les mystères de l’ARN recèlent d’autres possibilités incalculables, allant de l’amélioration du rendement des cultures à la création d’énergies renouvelables plus efficaces. Et cela a des implications importantes pour la sécurité nationale, a déclaré Limbach.
Le rapport estime qu’améliorer notre compréhension des modifications de l’ARN pourrait stimuler l’économie de 4 000 milliards de dollars par an.
« Ce que nous n’avons pas encore, c’est la technologie préconisée par le rapport : la capacité de prendre une seule molécule d’ARN et de la séquencer ainsi que toutes les modifications d’un bout à l’autre », a déclaré Limbach.
Cela nécessitera un investissement initial important, tant en infrastructure qu’en expertise. Le rapport recommande des moyens de combler l’écart en matière d’outils et de technologies ainsi que d’investissements publics et privés pour accélérer l’innovation.
« Il faut disposer d’une réserve de talents. Ce seront les générations futures qui résoudront ces problèmes », a-t-il déclaré.
Ce domaine scientifique relativement nouveau nécessite également un ensemble de normes plus rigoureuses pour la préparation des échantillons, le séquençage, la cartographie et l’analyse afin de garantir des résultats reproductibles et l’accès aux données.
« Si nous suivons la feuille de route, nous pensons que c’est réalisable en 15 ans », a déclaré Limbach.
Plus d’information:
Tracer un avenir pour le séquençage de l’ARN et ses modifications(2024)