Les organites sans membrane (MLO), également appelés « condensats biomoléculaires », sont formés par le processus biologique de séparation de phase liquide-liquide (LLPS). Les MLO sont des corps hautement dynamiques contenant des protéines et des acides nucléiques.
Bien que le rôle des protéines dans les LLPS ait été largement étudié, la communauté scientifique s’intéresse de plus en plus au rôle des ARN, l’acide nucléique responsable d’innombrables fonctions biologiques, notamment le codage, le décodage, la régulation et l’expression des gènes, et finalement protéines – en séparation de phases.
Des études récentes ont révélé que les MLO sont riches en ARN qui sont mal extraits par les méthodes conventionnelles mais peuvent être récupérés efficacement en utilisant des méthodes améliorées comme le cisaillement et le chauffage des aiguilles, une propriété connue sous le nom de semi-extractibilité. Ces ARN semi-extractibles peuvent être des biomarqueurs importants et des cibles médicamenteuses dans le diagnostic et le traitement des maladies. Cependant, très peu d’études ont réussi à identifier et caractériser ces ARN.
Pour combler cette lacune, le Dr Chao Zeng, professeur adjoint à l’Université Waseda, en collaboration avec le Dr Michiaki Hamada de l’Université Waseda, le Dr Takeshi Chujo de l’Université Kumamoto et le Dr Tetsuro Hirose de l’Université d’Osaka, ont développé un nouveau pipeline bioinformatique pour définir des ARN semi-extractibles à travers des lignées cellulaires humaines. Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Recherche sur les acides nucléiques le 19 juillet 2023.
L’équipe a effectué l’extraction et le séquençage de l’ARN cellulaire sur cinq lignées cellulaires humaines, à savoir les cellules A10, A549, HEK293, HeLa et HAP1. Ils ont ensuite analysé les données de séquençage de l’ARN à l’aide de diverses méthodes de calcul. Une analyse d’expression différentielle a été réalisée entre les échantillons extraits à l’aide de la méthode d’extraction d’ARN conventionnelle et de la méthode d’extraction améliorée. Les chercheurs ont identifié des transcrits d’ARN qui étaient systématiquement semi-extractibles dans les cinq lignées cellulaires.
La densité de répétition et l’analyse des motifs de séquence ont également été menées pour explorer les facteurs potentiels influençant la semi-extractibilité. De plus, les chercheurs ont effectué une analyse k-mer à l’aide de l’algorithme SEEKR pour classer fonctionnellement les ARN semi-extractibles en fonction de leur teneur en k-mer.
Partageant le point culminant de leur étude, Chao Zeng explique : « En utilisant le pipeline d’analyse bioinformatique nouvellement développé, nous avons examiné les données expérimentales originales de types de cellules humaines cultivées et avons identifié et caractérisé avec succès 1 074 ARN semi-extractibles potentiellement impliqués dans la formation d’ARN sans membrane à séparation de phase. organites. »
En étudiant la localisation des ARN semi-extractibles dans la chromatine ainsi que dans la cellule, l’équipe a découvert que ces ARN étaient enrichis en régions d’hétérochromatine réprimées et répétitives (coloration sombre), en particulier dans les zones réprimées par Polycomb. A l’intérieur des cellules, les ARN étaient concentrés dans le noyau, y compris le nucléole, mais dissociés de la chromatine.
De plus, les chercheurs ont postulé que les ARN semi-extractibles pourraient potentiellement fonctionner comme une plate-forme pour interagir avec d’autres ARN. Pour vérifier leur hypothèse, ils ont comparé des ARN semi-extractibles avec près de 600 ARN hub formant des interactions ARN-ARN à médiation protéique avec plusieurs autres ARN. Ils ont découvert que les ARN semi-extractibles agissaient en effet comme des hubs et jouaient un rôle central dans la formation d’interactions ARN-ARN.
Une analyse plus poussée de l’ARN semi-extractible a révélé une préférence marquée des protéines de liaison à l’ARN dans la liaison aux régions riches en AU associées aux ARN. Alors que les ARN messagers présentent généralement les régions riches en AU à l’extrémité 3′, qui régule la stabilité de l’ARN, les ARN semi-extractibles présentaient une concentration de régions AU à l’extrémité 5′, indiquant une implication potentielle dans des fonctions non découvertes.
L’étude fournit le premier ensemble de données d’ARN semi-extractibles à travers des lignées cellulaires humaines, qui est une ressource précieuse pour étudier les séparations de phases basées sur l’ARN. « L’intégration future d’ARN semi-extractibles avec des études d’interaction d’ARN fournira des informations sur les mécanismes moléculaires sous-jacents à la séparation de phase induite par l’ARN dans les cellules », conclut Michiaki Hamada.
Les résultats de l’étude offrent de nouvelles perspectives pour explorer l’implication de l’ARN dans les processus biologiques tels que le développement et la progression du cancer, la dégradation de l’ARN viral et les réponses au stress cellulaire, et peuvent conduire au développement de stratégies thérapeutiques pour le cancer et les maladies infectieuses.
Plus d’information:
Chao Zeng et al, Paysage d’ARN semi-extractibles sur cinq lignées cellulaires humaines, Recherche sur les acides nucléiques (2023). DOI : 10.1093/nar/gkad567