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3.4D : Types d'ARN - Biologie

3.4D : Types d'ARN - Biologie


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L'ARN est l'acide nucléique qui fabrique les protéines à partir du code fourni par l'ADN à travers les processus de transcription et de traduction.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire la structure et la fonction de l'ARN

Points clés

  • Les bases azotées de l'ARN comprennent l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et l'uracile (U).
  • L'ARN messager (ARNm) transporte le code de l'ADN aux ribosomes, tandis que l'ARN de transfert (ARNt) convertit ce code en une forme utilisable.
  • Les ribosomes sont les sites où l'ARNt et l'ARNr assemblent les protéines.
  • L'ARN diffère de l'ADN en ce qu'il est simple brin, contient de l'uracile au lieu de la thymine, porte le code pour fabriquer des protéines au lieu de diriger toutes les fonctions de la cellule et a du ribose comme sucre à cinq carbones au lieu du désoxyribose.

Mots clés

  • codons: une séquence de trois nucléotides adjacents, qui codent pour un acide aminé spécifique lors de la synthèse ou de la traduction des protéines
  • transcription: la synthèse de l'ARN sous la direction de l'ADN

Structure et fonction de l'ARN

Les deux principaux types d'acides nucléiques sont l'acide désoxyribonucléique (ADN) et l'acide ribonucléique (ARN). L'ADN est le matériel génétique présent dans tous les organismes vivants et se trouve dans le noyau des eucaryotes et dans les chloroplastes et les mitochondries. Chez les procaryotes, l'ADN n'est pas enfermé dans une enveloppe membraneuse.

L'autre type d'acide nucléique, l'ARN, est principalement impliqué dans la synthèse des protéines. Tout comme dans l'ADN, l'ARN est composé de monomères appelés nucléotides. Chaque nucléotide est composé de trois composants : une base azotée, un sucre pentose (à cinq carbones) appelé ribose et un groupe phosphate. Chaque base azotée dans un nucléotide est attachée à une molécule de sucre, qui est attachée à un ou plusieurs groupes phosphate.

Dans l'ARN, les bases azotées varient légèrement de celles de l'ADN. L'adénine (A), la guanine (G) et la cytosine (C) sont présentes, mais au lieu de la thymine (T), une pyrimidine appelée uracile (U) s'associe à l'adénine. L'ARN est une molécule simple brin, comparée à la double hélice de l'ADN.

Les molécules d'ADN ne quittent jamais le noyau mais utilisent plutôt un intermédiaire pour communiquer avec le reste de la cellule. Cet intermédiaire est l'ARN messager (ARNm). Lorsque des protéines doivent être fabriquées, l'ARNm pénètre dans le noyau et s'attache à l'un des brins d'ADN. Étant complémentaire, la séquence des bases azotées de l'ARN est opposée à celle de l'ADN. C'est ce qu'on appelle la transcription. Par exemple, si le brin d'ADN lit TCCAAGTC, alors le brin d'ARNm lira AGGUUCAG. L'ARNm transporte ensuite le code hors du noyau vers des organites appelés ribosomes pour l'assemblage de protéines.

Une fois que l'ARNm a atteint les ribosomes, ils ne lisent pas directement les instructions. Au lieu de cela, un autre type d'ARN appelé ARN de transfert (ARNt) doit traduire les informations de l'ARNm en une forme utilisable. L'ARNt s'attache à l'ARNm, mais avec les appariements de bases opposés. Il lit ensuite la séquence dans des ensembles de trois bases appelées codons. Chaque disposition possible de trois lettres de A, C, U, G (par exemple, AAA, AAU, GGC, etc.) est une instruction spécifique, et la correspondance de ces instructions et des acides aminés est connue sous le nom de « code génétique ». Bien qu'il existe des exceptions ou des variations sur le code, le code génétique standard est vrai dans la plupart des organismes.

Le ribosome agit comme une pince géante, maintenant tous les joueurs en position et facilitant à la fois l'appariement des bases entre les ARN messagers et de transfert, et la liaison chimique entre les acides aminés. Le ribosome possède des sous-unités spéciales appelées ARN ribosomiques (ARNr) car elles fonctionnent dans le ribosome. Ces sous-unités ne portent pas d'instructions pour fabriquer une protéine spécifique (c'est-à-dire qu'elles ne sont pas des ARN messagers), mais font plutôt partie intégrante de la machinerie ribosomique utilisée pour fabriquer des protéines à partir d'ARNm. La fabrication de protéines en lisant des instructions dans l'ARNm est généralement connue sous le nom de « traduction ».


Histoire de la biologie de l'ARN

De nombreuses découvertes clés en biologie ont émergé des études sur l'ARN (acide ribonucléique), y compris des travaux fondateurs dans les domaines de la biochimie, de la génétique, de la microbiologie, de la biologie moléculaire, de l'évolution moléculaire et de la biologie structurale. En 2010, 30 scientifiques ont reçu des prix Nobel pour des travaux expérimentaux comprenant des études sur l'ARN. Des découvertes spécifiques d'une grande importance biologique sont discutées dans cet article.

Pour des informations connexes, voir les articles sur l'histoire de la biologie moléculaire et l'histoire de la génétique. Pour des informations générales, voir les articles sur l'ARN et l'acide nucléique.


Types d'ARN (acide ribonucléique) | Biochimie

Il existe de nombreux types d'ARN, mais trois types sont décrits ici : 1. ARN ribosomique (ARNr) 2. ARN messager (ARNm) 3. ARN de transfert (ARNt).

Type #1. L'ARN ribosomique (ARNr):

Les ARN non génétiques sont synthétisés sur la matrice d'ADN et sont présents dans le nucléole et le cytoplasme. Par conséquent, les séquences de bases de l'ARNr et d'une partie de l'ADN où elles sont synthétisées sont complémentaires. Chez les procaryotes, l'ARNr est formé sur une partie de l'ADN appelée ADN ribosomique, tandis que chez les eucaryotes, ils se forment dans le nucléole contenant l'ADN nucléaire.

Les ARNr se trouvent dans les ribosomes et représentent 40 à 60% du poids sec. En général, il représente environ 80% de l'ARN total de la cellule. Le ribosome est constitué de protéines et d'ARN. Les ribosomes sont de différents types tels que 8OS (trouvé chez les eucaryotes) et 55S (présent dans les mitochondries des vertébrés).

Les ribosomes 70S des procaryotes sont constitués de deux sous-unités, 5OS et 30S. La sous-unité SOS contient des ARNr 23S et 5S, tandis que la sous-unité 30S est constituée d'ARNr 16S.

Le ribosome 8OS est constitué des sous-unités 60S et 40S. Les types d'ARNr dans les deux sous-unités des plantes diffèrent de ceux des animaux (tableau 5.6).

L'ARNr est une molécule simple brin qui est tordue à certains endroits pour former des régions hélicoïdales. Dans la région hélicoïdale, la plupart des paires de bases sont complémentaires et liées par des liaisons hydrogène. Les régions simple brin non enroulées manquent des bases complémentaires. Par conséquent, dans l'ARNr, le rapport purine:pyrimidine n'est pas égal. L'ARNr existe dans une cellule vivante depuis environ deux générations.

Type #2. L'ARN messager (ARNm):

L'ARNm est transcrit sur la matrice d'ADN et, par conséquent, porte les informations génétiques de l'ADN. Pour la première fois, Francis Jacob et Jacques Monod (1961) ont proposé le nom d'ARNm pour porter les transcrits de l'ADN pour la synthèse des protéines sur les ribosomes.

La population totale d'ARNm dans une cellule varie de 5 à 10 % de l'ARN cellulaire total car les espèces d'ARNm ont une courte durée de vie car elles sont divisées en ribonucléotides par l'enzyme ribonucléase. Dans E. coli, certains des ARNm ne restent vivants que pendant environ deux minutes. Par conséquent, la cellule ne contient pas une grande quantité d'ARNm à la fois. En revanche, les ARNm des eucaryotes sont métaboliquement stables.

La taille de l'ARNm varie. La plus petite protéine contient environ 50 acides aminés (50 × 3 = 150 nucléotides nécessaires pour les molécules d'ARNm monocistroniques). Typiquement, la protéine a 300 à 600 acides aminés (ARNm de 900 à 1 800 nucléotides de long). Chez les procaryotes, l'ARNm polycistronique est plus courant que l'ARNm monocistronique et contient 3000 à 8000 nucléotides. L'ARNm polycistronique contient généralement des séquences intercistroniques longues de 10 bases appelées espaceurs.

Le coefficient de sédimentation de l'ARNm est de 8S et le poids moléculaire moyen varie de 500 000 à 1 000 000. Puisqu'ils représentent un gène, leur longueur et leur poids moléculaire changent car un gène contient de 100 à 1 500 nucléotides. Les ARNm sont transcrits par des gènes, par conséquent, l'ARNm individuel représente un seul gène.

Par conséquent, dans une cellule, il y aura autant d'ARNm que de gènes, et chaque ARNm diffère les uns des autres. Taylor (1979) a passé en revue l'isolement des ARNm eucaryotes. Kozak (1983) a donné un compte rendu comparatif de l'initiation de la synthèse des protéines chez les procaryotes, les eucaryotes et les organites.

L'initiation de la synthèse de la première chaîne polypeptidique d'un ARNm polycistronique peut commencer des centaines de nucléotides à partir de l'extrémité 5 & 8242. La section d'ARN non traduit avant la région codante est appelée leader. Les séquences non traduites sont généralement formées aux extrémités 5 & 8242 et 3 & 8242.

Comme les ARNm restent toujours sous forme simple brin, ils peuvent perturber l'activité biologique après avoir été enroulés. Cependant, les bobines manquent de bases complémentaires. Kozak (1991) a discuté des caractéristiques structurelles des ARNm eucaryotes qui modulent l'initiation de la traduction.

La structure de l'ARNm procaryote et eucaryote est illustrée à la figure 5.12 (A-C) et discutée ci-dessous :

Dans la plupart des eucaryotes et des virus animaux, l'extrémité 5 de l'ARNm contient une coiffe qui se forme après la méthylation de l'un des quatre nucléotides. Par exemple, un ARNm contient m7G ​​(5′) ppp (5′)N où m7G est la méthylguanosine et (5′)ppp(5′) représente un 5-5′ triphosphate lié à une base (N ) à la fin 5′. L'ARNm se lie au ribosome à l'aide de cette coiffe. Par conséquent, il régit la synthèse des protéines.

L'ARNm bactérien ne contient pas de capuchon 5′. Au lieu de cela, ils contiennent un site de liaison au ribosome spécifique d'environ six nucléotides de long qui se produit à plusieurs endroits dans les molécules d'ARNm. Ceux-ci sont situés à 4 nucléotides en amont de l'AUC. Dans l'ARNm bactérien, il peut y avoir plusieurs sites de liaison au ribosome appelés séquences Shine-Dalgarno à l'intérieur d'une chaîne d'ARNm, chacun entraînant la synthèse d'une protéine différente.

(ii) Les régions non codantes :

Il existe deux régions non codantes, la première suivie de la coiffe et la seconde suivie du codon de terminaison. La région non codante (NCI) est longue d'environ 10 à 100 nucléotides et riche en résidus A et G, tandis que la NC2 est longue de 50 à 150 nucléotides et contient un résidu AAUAAA. Les deux régions non codantes ne traduisent pas la protéine.

(iii) Le Codon d'Initiation :

Tant chez les procaryotes que chez les eucaryotes, le codon d'initiation (AUG) est présent et déclenche la synthèse des protéines. Les ribosomes bactériens, contrairement aux ribosomes eucaryotes, se lient directement aux codons de départ à l'intérieur de l'ARNm pour initier la synthèse des protéines.

(iv) La région de codage :

C'est la région la plus importante de l'ARNm qui mesure environ 1 500 nucléotides. Cette région traduit une longue chaîne de protéines après s'être attachée à plusieurs ribosomes. La combinaison d'un brin d'ARNm avec plusieurs ribosomes est appelée polyribosome.

Par conséquent, les ARNm bactériens sont communément appelés ARNm polycistroniques, c'est-à-dire qu'ils codent pour plusieurs protéines qui sont traduites séparément à partir de la même molécule d'ARNm. Les ARNm eucaryotes sont typiquement monocistroniques, c'est-à-dire qu'une seule espèce de chaîne polypeptidique est traduite par molécule d'ARNm.

(v) Le codon de terminaison :

Le codon de terminaison est nécessaire pour donner le signal d'arrêt de la synthèse des protéines. Chez les eucaryotes, les codons de terminaison sont UAA, UAG ou UGA qui terminent le processus de traduction, c'est-à-dire le processus de synthèse des protéines.

(vi) La séquence Poly (A) :

Le CN2 est suivie d'une séquence poly (A) dans l'ARNm eucaryote. Les ARNm procaryotes sont dépourvus de poly (A). Les séquences polyadénylate ou poly (A) de 200 à 250 nucléotides sont présentes à l'extrémité 3’OH de l'ARNm. Les séquences poly (A) sont ajoutées lorsque l'ARNm est présent à l'intérieur du noyau. La fonction de la séquence poly (A) dans la traduction est inconnue.

Tapez # 3. L'ARN de transfert (ARNt) ou ARN soluble (ARNs):

Vingt acides aminés différents nécessaires à la synthèse des protéines sont présents dans le cytoplasme. Avant de joindre un acide aminé approprié pour former une protéine, ils sont activés en se fixant à l'ARN. L'exigence d'énergie pour l'activation est satisfaite par l'ATP.

L'ARN qui est capable de transférer un acide aminé du pool d'acides aminés, possède la capacité de se combiner avec un seul acide aminé en présence d'une enzyme, l'aminoacyl ARNt synthétase, et reconnaît le codon de l'ARNm, est appelé ARNt ou ARNs.

Pour chaque acide aminé, il existe un ARNt différent. Il est probable que 20 ARNt différents soient présents dans le cytoplasme. Cependant, dans plusieurs cas, plus d'un type d'ARNt pour chaque acide aminé est présent. Par conséquent, il y a plus d'ARNt que d'acides aminés. Par exemple, environ 100 types d'ARNt se trouvent dans les cellules bactériennes.

L'ARNm contient des codes de chacun des trois nucléotides appelés codon qui spécifient un seul acide aminé. Les molécules d'ARNt lisent le message codé sur l'ARNm. Par conséquent, les molécules d'ARNt agissent comme interprète du code génétique.

L'ARNt est dissous dans le cytoplasme et est trop petit pour être précipité même à 1 000 000 g. Son poids moléculaire varie de 25 000 à 30 000 D et son coefficient de sédimentation est de 3,85. Il représente 10 à 20 % de l'ARN cytoplasmique total. Ceux-ci sont synthétisés dans le noyau sur une matrice d'ADN par seulement 0,025 % de l'ADN total à la fin de l'étape de clivage.

Lorsque la synthèse de l'ARNt est terminée sur la matrice d'ADN, une partie du ribonucléotide (5'8217CCA3'8242) est ajoutée à l'extrémité 3'8242 de chaque molécule quelle que soit l'affinité des acides aminés, par une enzyme ARNt phosphorylase. C'est la particularité de l'ARNt par rapport à l'ARNm et à l'ARNr.

Les molécules d'ARNt contiennent environ 70 à 93 % de nucléotides disposés en un seul brin aux extrémités 5 → 3 & 8242. Ce sstRNA forme des brins doubles dans certaines régions avec une boucle simple brin. L'extrémité 3′ se termine par la séquence – CCA et l'extrémité 5′ par G ou C.

En plus des bases A, G, C et U présentes dans l'ARNt, certaines bases inhabituelles sont également trouvées. Ces bases inhabituelles sont absentes dans d'autres ARN. Les bases inhabituelles sont formées par des modifications chimiques spécifiques telles que l'ajout de méthyle (-CH3) pour former la 3-méthyl cytosine ou la 1-méthylguanosine, désamination de l'adénosine en inosine, réduction de l'uracile en dihydrouracile ou réarrangement de l'uracile en pseudo uracile.

Les autres bases inhabituelles sont la méthyl guanine (Gme), la diméthyl guanine (Gme2), la méthyl cytosine (Cme), la ribothymine (T), la pseudouridine (Ѱ), la dihydrouridine (DHU, H2U, U2), l'inosine (I) et la méthylinosine (Ime).

La plupart des bases s'apparient selon le modèle de Watson et Crick, mais les bases inhabituelles ne le font pas parce qu'elles provoquent des changements dus à une substitution ou à des modifications des positions qui participent à la liaison hydrogène. Les bases inhabituelles protègent les molécules d'ARNt de la dégradation par l'ARNase. Par conséquent, plusieurs boucles appariées sans base sont formées dans l'ARNt.

Modèle de feuille de trèfle d'ARNt :

Pour la première fois, R. Holley (1968) a préparé le modèle de feuille de trèfle pour l'alanine d'ARNt de levure (ARNt ala ) qui comprend plusieurs fonctions connues de l'ARNt. Ce modèle a été bien accepté.

Un modèle de feuille de trèfle typique est illustré à la figure 5.13 qui révèle les caractéristiques suivantes :

(i) La chaîne polynucléotidique unique de toute la molécule d'ARNt est repliée sur elle-même pour former cinq bras, par ex. bras accepteur, bras DHU, bras anticodon, bras variable et bras T|/C. Un bras se compose d'une tige et d'une boucle. A l'exception du bras accepteur, les autres bras sont constitués de leur tige et boucle respectives.

(ii) La tige acceptrice se compose de 7 paires de bases et de 4 bases non appariées, les bases non appariées contiennent trois bases -CCA et une quatrième purine variable (A ou G) à l'extrémité 3 & 8242 ou à la chaîne polynucléotidique. Le dernier résidu, l'acide adénylique (A) agit comme site de fixation des acides aminés. L'extrémité 5 & 8242 de l'ARNt contient soit (G) soit (C).

(iii) La boucle DHU (dihydrouridine) constitue 7 à 12 bases non appariées et agit comme le site de reconnaissance de l'enzyme d'activation des acides aminés, l'aminoacyl ARNt synthétase. Il se compose d'un total de 15 à 18 nucléotides (3 à 4 paires de bases et 7 à 11 bases non appariées) dans la boucle. Il a deux régions variables a et P des deux côtés des résidus de guanine. Ces deux régions contiennent 1 à 3 nucléotides, souvent des pyrimidines.

(iv) Toutes les molécules d'ARNt contiennent différents codons triplet de nucléotides sur la boucle d'anticodon. Il est également appelé site de reconnaissance d'anticodon ou de codon. Il est complémentaire du codon triplet correspondant de la molécule d'ARNm.

La tige de l'anticodon se compose de 5 paires de bases et la boucle de l'anticodon contient 7 nucléotides non appariés. Les trois nucléotides du milieu agissent comme anticodon qui identifient trois bases complémentaires de la molécule d'ARNm. Il existe une purine hyper modifiée (HPu) sur la chaîne latérale 3 & 8242 de l'anticodon.

(v) L'ARNt possède également un bras TѰC qui se compose d'une tige de 5 paires de bases et d'une boucle de 7 bases non appariées comprenant de la pseudouridine. La boucle TΨC consiste en une séquence TΨC dans la direction 5′ → 3′. Le bras TΨC possède un site de reconnaissance du ribosome et lie les molécules d'ARNt au ribosome.

(vi) Dans certains ARNt à longue chaîne, un bras variable de bras supplémentaire est présent entre le bras anticodon et le bras TΨ. Le bras variable peut contenir ou non une tige. La photomicrographie électronique révèle une structure tertiaire de l'ARNt où les différents membres sont formés séparément par l'accepteur, les bras TΨC et DHU et le bras anticodon sont visibles (Fig. 5.14). Ces membres formés par des liaisons hydrogène se trouvent entre les bases et le squelette ribose-phosphate, et entre les résidus du squelette.

L'ARNt qui initie la synthèse des protéines est appelé ARNt initiateur. L'ARNt initiateur des eucaryotes diffère des procaryotes. L'ARNt spécifie la méthionine comme acide aminé de départ dans la synthèse des protéines eucaryotes et la N-formyl méthionine chez les procaryotes. Par conséquent, les deux ARNt spécifiques de ces deux acides aminés sont l'ARNt de méthionyle (ARNt/-met). Ces deux ARNt diffèrent l'un de l'autre.


La biologie de l'ARN fournit la clé de l'identité et de la santé des cellules

Une boucle en épingle à cheveux à partir d'un pré-ARNm. Les nucléobases (vert) et le squelette ribose-phosphate (bleu) sont mis en évidence. Notez qu'il s'agit d'un simple brin d'ARN qui se replie sur lui-même. Crédit : Vossman/ Wikipédia

Deux papiers en Recherche sur le génome par le consortium FANTOM ont fourni de nouvelles informations sur les principaux réseaux de régulation régissant les types cellulaires chez différentes espèces de vertébrés, et le rôle de l'ARN en tant que régulateurs de la fonction et de l'identité cellulaires.

Le consortium FANTOM a été créé à RIKEN il y a deux décennies pour aller au-delà de la génomique et examiner l'ARN, connu sous le nom de transcriptome. Comprendre le transcriptome est crucial pour de nouvelles avancées en biologie car bien que les cellules de notre corps partagent le même ADN génomique, leur diversité est attribuée à leur composition en ARN, avec plus de 400 types définis et bien d'autres supposés exister. Ainsi, comprendre comment l'ARN est exprimé est une clé pour comprendre comment chaque type de cellule établit sa fonction, sa morphologie et son comportement distinctifs en activant des programmes transcriptionnels spécifiques. Les deux études publiées aujourd'hui étaient basées sur la technologie CAGE qui a été développée au RIKEN pour profiler le transcriptome à l'aide de séquenceurs de nouvelle génération.

La première étude (Alam et al.) compare les données de transcriptome de types cellulaires primaires correspondants chez l'homme, la souris, le rat, le chien et le poulet. Alors que le groupe a constaté que le transcriptome mesuré par CAGE pour le même type de cellule différait nettement entre les espèces, ils ont identifié un réseau de régulation de base définissant chaque type de cellule qui est commun entre les espèces. En général, les gènes codant pour les produits impliqués dans la biologie de l'ARN dans le noyau cellulaire se sont avérés être activés de manière cohérente dans le même type de cellule, quelle que soit l'espèce. Selon Michiel de Hoon, l'auteur correspondant de l'article, "Nous avons identifié des gènes agissant dans le noyau dont l'utilisation a été conservée pendant des centaines de millions d'années d'évolution. D'autre part, les gènes qui agissent principalement dans la communication entre les cellules avaient divergé et étaient utilisés différemment dans différentes espèces, ce qui implique que le phénotype distinctif de chaque espèce est en grande partie dû à la manière spécifique dont les cellules d'un organisme communiquent entre elles.

La deuxième étude (Ramilowski J., Yip CW., et al.), qui fait partie de FANTOM 6 - la dernière édition du projet - a examiné les ARN longs non codants humains, qui sont plus nombreux que les gènes codant pour les protéines chez les mammifères mais dont la fonction est encore mal compris. Les chercheurs ont ciblé sélectivement près de 300 longs ARN non codants pour la suppression dans les cellules fibroblastiques humaines à l'aide d'un système robotique automatisé, et ont combiné l'imagerie des cellules vivantes avec CAGE pour observer comment les cellules réagissent aux niveaux cellulaire et moléculaire. Jay Shin, l'un des auteurs correspondants de cette étude, a souligné qu'"il était essentiel d'automatiser autant que possible nos efforts pour réduire les biais dans notre conception expérimentale, et d'identifier et de corriger rapidement ceux qui restaient". Sur la base de l'analyse, plus de 25 pour cent des longs ARN non codants se sont avérés affecter la croissance et la morphologie cellulaires, ainsi que la migration cellulaire, ce qui est important dans le cancer. Étonnamment, le ciblage de différentes isoformes (variantes) du même long ARN non-codant a conduit à des phénotypes cellulaires et moléculaires profondément différents, donnant lieu à la conjecture séduisante que chaque long isoforme d'ARN non-codant produit par une cellule pourrait avoir sa propre fonction de régulation spécifique. .

Selon Jordan Ramilowski, l'un des premiers auteurs de l'étude, « le profilage CAGE profond de l'état moléculaire des cellules après suppression de chaque long ARN non codant nous a permis d'effectuer une analyse fonctionnelle des longs ARN non codants à un rythme sans précédent. niveau, et fournit une ressource précieuse pour une enquête détaillée et une compréhension de la biologie de l'ARN et de son application potentielle à l'amélioration de la santé humaine."

Piero Carninci a commenté que « bien qu'il s'agisse encore d'un projet pilote, les résultats montrent l'implication des lncRNAs dans une grande variété de processus et de fonctions cellulaires, ce qui justifie l'extension de ces études à un plus grand nombre de cellules et de lncRNAs. Nous sommes ravis de voir que ces ARN, souvent considérés comme « indésirables » lorsqu'ils ont été découverts il y a une quinzaine d'années, se sont souvent avérés fonctionnels. Nous pensons également que la nomenclature devrait passer de « non codant » à une terminologie qui reflète mieux leur rôle, comme 'ARN régulateurs' ou 'ARN structurels'."

Yulong Song et al. Les paires de miARN sens-antisens constituent un circuit de régulation réciproque élaboré, Recherche sur le génome (2020). DOI : 10.1101/gr.257121.119


Les scientifiques de l'ARN identifient de nombreux gènes impliqués dans le développement des neurones

Les neurones résultent d'une série très complexe et unique de divisions cellulaires. Par exemple, chez les mouches des fruits, le processus commence par des cellules souches qui se divisent en cellules mères (cellules progénitrices), qui se divisent ensuite en cellules précurseurs qui finissent par devenir des neurones.

Une équipe de l'Université du Michigan (UM), dirigée par Nigel Michki, un étudiant diplômé, et le professeur adjoint Dawen Cai dans les départements de biophysique (LS&A) et de biologie cellulaire et développementale de la faculté de médecine, a identifié de nombreux gènes qui sont importants dans développement des neurones des mouches des fruits, et cela n'avait jamais été décrit auparavant dans ce contexte.

Étant donné que de nombreux gènes sont conservés entre les espèces, par exemple entre les mouches des fruits (drosophiles), les souris et les humains, ce qui est appris chez les mouches peut également servir de modèle pour mieux comprendre d'autres espèces, y compris les humains. "Maintenant que nous savons quels gènes sont impliqués dans cette forme de neurogenèse chez les mouches, nous pouvons les rechercher chez d'autres espèces et les tester. Nous travaillons sur une multitude d'organismes à l'UM et nous avons le potentiel d'interroger tous les organismes, " explique Michki. « À mon avis, le travail que nous avons fait est l'un des nombreux éléments qui éclaireront d'autres travaux qui éclaireront la maladie », ajoute Michki. « C'est pourquoi nous menons des recherches fondamentales comme celle-ci. »

Les mouches sont également couramment utilisées dans de nombreux types de recherche qui pourraient bénéficier d'une liste plus complète des gènes des mouches avec leurs rôles associés dans le développement des cellules neuronales.

La découverte

Les neurones sont constitués de cellules souches qui se multiplient massivement avant de devenir des neurones. Dans le cerveau humain, le processus est extrêmement complexe, impliquant des milliards de cellules. Dans le cerveau de la mouche, le processus est beaucoup plus simple, avec environ 200 cellules souches pour l'ensemble du cerveau. La plus petite échelle permet une analyse fine du processus de division des cellules neuronales du début à la fin.

Chez les mouches, lorsque la cellule souche se divise, elle donne une autre cellule souche et une cellule progénitrice. Lorsque cette dernière se divise, elle forme une cellule dite précurseur qui ne se divise qu'une seule fois et donne naissance à deux neurones. Les gènes contrôlent ce processus de production en disant aux cellules soit de se diviser - et quel type particulier de cellule produire - soit d'arrêter de se diviser.

À ce jour, seuls quelques-uns des gènes qui contrôlent ce processus de développement des neurones ont été identifiés et dans cette publication en Rapports de cellule, les scientifiques ont caractérisé de nombreux autres gènes impliqués. Tout au long de la chronologie du processus de développement des neurones, l'équipe U-M a pu enregistrer avec précision quels gènes étaient impliqués et pendant combien de temps.

En particulier, au stade des progéniteurs, les scientifiques ont identifié trois gènes qui sont importants à ce stade pour définir quel «type» de neurone chaque progéniteur fabriquera ces gènes particuliers n'avaient jamais été décrits auparavant dans ce contexte. Ils ont également validé des gènes marqueurs précédemment connus qui sont connus pour réguler le processus de reproduction cellulaire.

Lorsqu'ils ont appliqué leur technique d'analyse aux autres phases du processus de développement des neurones, ils ont également enregistré l'expression de gènes supplémentaires. Cependant, on ne sait toujours pas pourquoi ces gènes augmentent en expression à différentes étapes du processus de développement des neurones et quel rôle ils jouent réellement dans ces différentes étapes. "Maintenant que de nombreux gènes candidats sont identifiés, nous étudions les rôles qu'ils jouent dans le processus de maturation des neurones et de détermination du destin", explique Cai. "Nous sommes également ravis d'explorer d'autres moments de développement pour illustrer les changements dynamiques du paysage moléculaire dans le cerveau des mouches."

"Ce travail fournit des informations riches sur la façon de programmer la descendance des cellules souches dans des types de neurones distincts ainsi que sur la façon de trans-différencier les types de cellules non neuronales en neurones. Ces découvertes auront un impact significatif sur la compréhension du développement normal du cerveau ainsi que sur sur la médecine de régénération des neurones », ajoute Cheng-Yu Lee, professeur à l'UM Life Sciences Institute qui a collaboré avec le Cai Lab.

Les techniques

Cette étude est principalement basée sur des techniques de séquençage d'ARN unicellulaire à haut débit. Les scientifiques ont prélevé des cellules individuelles dans le cerveau des mouches des fruits et ont séquencé l'ARN, générant des centaines de gigaoctets de données en une seule journée. A partir des séquences d'ARN, ils ont pu déterminer le stade de développement de chaque neurone. "Nous avons maintenant une très bonne compréhension de la façon dont ce processus se déroule au niveau de l'ARN", explique Michki.

L'équipe a également utilisé des observations au microscope traditionnelles pour localiser où ces différents ARN sont exprimés dans le cerveau. "La combinaison de l'analyse in silico et de l'exploration in situ valide non seulement la qualité de nos résultats de séquençage, mais restaure également la relation spatiale et temporelle des gènes candidats, qui est perdue dans le processus de dissociation cellulaire unique", explique Cai.

Au début de leur étude, les scientifiques ont analysé le grand ensemble de données avec un logiciel open source. Plus tard, ils ont développé un portail (MiCV) qui facilite l'utilisation des services informatiques existants et permet de tester la répétabilité. Ce portail peut être utilisé pour l'analyse de données cellulaires et génétiques à partir d'une variété d'organes et ne nécessite pas d'expérience en programmation informatique. « Des outils comme MiCV peuvent être très puissants pour les chercheurs qui font ce type de recherche pour la première fois et qui souhaitent générer rapidement de nouvelles hypothèses à partir de leurs données », explique Michki. "Cela permet d'économiser beaucoup de temps pour l'analyse des données, ainsi que des dépenses en honoraires de consultants. Le but ultime est de permettre aux scientifiques de se concentrer davantage sur leurs recherches plutôt que sur des outils d'analyse de données parfois intimidants." L'outil MiCV est actuellement en cours de commercialisation.


Biologie synthétique de l'ARN

Les molécules d'ARN jouent des rôles régulateurs importants et divers dans la cellule en raison de leur interaction avec d'autres acides nucléiques, protéines et petites molécules. Inspirés par cette polyvalence naturelle, les chercheurs ont conçu des molécules d'ARN dotées de nouvelles fonctions biologiques. Au cours des deux dernières années, les efforts en biologie synthétique ont produit de nouveaux composants d'ARN synthétiques capables de réguler l'expression des gènes. in vivo en grande partie dans les bactéries et les levures, ouvrant la voie à un comportement cellulaire évolutif et programmable. Les défis immédiats pour ce domaine émergent comprennent la détermination de la manière dont les techniques de calcul et d'évolution dirigée peuvent être mises en œuvre pour augmenter la complexité des systèmes d'ARN modifiés, ainsi que la détermination de la manière dont ces systèmes peuvent être largement étendus aux systèmes de mammifères. D'autres défis incluent la conception de molécules d'ARN pour être des capteurs de stimuli intracellulaires et environnementaux, des sondes pour explorer le comportement des réseaux biologiques et des composants de systèmes de contrôle cellulaires.


Modélisation du réseau de régulation des gènes et analyse des mécanismes basées sur des données liées aux microARN et aux maladies

Haihong Liu, Fang Yan, en médecine systémique, 2021

Données relatives aux microARN et aux maladies

Les microARN (miARN) sont une famille de petits ARN non codants (

22 nt), qui agissent généralement comme des régulateurs négatifs de l'expression de l'ARNm cible aux niveaux post-transcriptionnels. Ils se lient aux régions 3'non traduites (UTR) de l'ARNm cible par appariement de bases, entraînant un clivage ou une inhibition de la traduction de l'ARNm cible (Ambros, 2004 Bartel, 2004 Meister et Tuschl, 2004). Dans certains cas particuliers, les miARN peuvent également fonctionner comme des régulateurs positifs ( Jopling et al., 2005 Vasudevan et al., 2007 ). On estime que 1 à 4 % des gènes du génome humain sont des miARN et qu'un seul miARN peut réguler jusqu'à 200 ARNm et qu'environ un tiers des gènes humains peuvent être ciblés par les miARN ( Esquela-Kerscher et Slack, 2006 Bandyopadhyay et al., 2010 ). De plus en plus de preuves indiquent que les miARN jouent un rôle essentiel dans de nombreux processus biologiques clés, notamment la croissance cellulaire, la différenciation tissulaire, la prolifération et l'apoptose cellulaires, la transduction du signal, l'infection virale, etc. Par conséquent, la dérégulation des miARN peut être à l'origine de diverses maladies ( Esquela-Kerscher et Slack, 2006 ).

Ces dernières années, de nombreux chercheurs ont démontré qu'un grand nombre d'associations miARN-maladie et ont révélé que les mécanismes des miARN impliqués dans les maladies sont très compliqués. La mutation des miARN entraîne un dysfonctionnement des gènes cibles en aval, ce qui peut conduire à l'apparition d'un cancer ( Xiao et al., 2012 ). Par conséquent, une modélisation complète et une analyse des mécanismes de ces associations miARN-maladie nous fourniront une compréhension claire pour disséquer les voies des associations miARN et maladie, bien que nos connaissances sur les associations miARN-maladie soient loin d'être parfaites. Cependant, l'étude des associations maladie-miARN en utilisant la méthode expérimentale n'est pas seulement coûteuse, longue et consommatrice d'énergie ( Jiang et al., 2010 ). D'autre part, une grande quantité de données biologiques sur les miARN a été produite. Par conséquent, il est nécessaire d'établir un modèle raisonnable et de développer des méthodes de calcul puissantes pour prédire les miARN potentiels associés à la maladie à grande échelle ( Chen et al., 2012 ). Par exemple, deux bases de données accessibles au public et gérées manuellement ont été développées par Lu et al. (2008) et Jiang et al. (2009) pour fournir une vaste ressource d'associations miARN-maladie vérifiées expérimentalement, c'est-à-dire Human MicroRNA Disease Database (HMDD) et miR2Disease.


3.4D : Types d'ARN - Biologie

ARN examinera les articles dans six catégories : Rapports, Des articles, Bioinformatique, Hypothèses, Méthodes, et Lettres à l'éditeur. Les auteurs doivent désigner une catégorie lors de la soumission d'un manuscrit. Rapports document significant new results that lend themselves to succinct presentation (i.e., combined Results and Discussion) and can contain no more than four display items. Reports are evaluated using the same criteria as Articles preliminary observations that require further experimentation to support the major conclusions will not be accepted. There are no explicit length limitations to Articles a "normal" paper will occupy 6-8 printed pages (20-30 double-spaced manuscript pages) however, length is not a criterion for evaluation. Bioinformatique describe computer-based analyses of sequence data or new computer-based tools of interest to RNA scientists. Hypotheses outline novel concepts or new ways of integrating existing data. Méthodes are brief accounts of methodological advances or improvements that are of potential utility to a broad range of RNA researchers. Letters to the Editor are intended as a forum for raising or clarifying issues of specific interest to the RNA community.

In addition to the categories above, ARN publishes Commentaires, Perspectives, Mini-Reviews, et Commentaries. Normally, these are by invitation, but presubmission inquiries to the Reviews Editor are welcome.

Submission of a paper implies that it has not been published previously and is not under consideration for publication elsewhere. Closely related papers that are in press elsewhere or that have been or will be submitted elsewhere must be included with the submitted manuscript. It is understood that researchers who submit papers to this journal are prepared to make available to qualified academic researchers materials needed to duplicate their research results (DNA, cell lines, antibodies, microbial strains, mouse lines, etc.). Authors should submit nucleic acid and protein sequences, NMR and X-ray crystallographic data to the appropriate database. Upon acceptance copyright must be assigned to the RNA Society.


The RNA Age: A Primer

Ruth Williams
May 11, 2017

Since nucleic acid research burst onto the scientific scene in the 1950s, DNA has been the star of the show. RNA&mdashwith the exception of forms such as ribosomal RNAs (rRNAs) and transfer RNAs (tRNAs)&mdashhas largely been considered the mere messenger between the all-important DNA and its protein products. Indeed, it was given that very name!

&ldquo[DNA] was thought of as the top of the information flow,&rdquo says biochemist Julia Salzman of Stanford University. &ldquoBut that view is starting to become more and more questioned in the community.&rdquo

In the last couple of decades, new areas of RNA research have been springing up left and right&mdasheach one offering surprising insights into this intriguing molecule. Along with booms in the fields of long noncoding RNAs (lncRNAs), microRNAs (miRNAs), and RNA interference (RNAi), researchers have discovered and explored CRISPR RNAs, enhancer RNAs, and, most recently&mdashSalzman&rsquos specialty&mdashcircular RNAs.


3.4D: Types of RNA - Biology

This brain cell database contains a survey of biological features derived from single cell data, from both human and mouse. It is part of a multi-year project to create a census of cells in the mammalian brain.

The database contains electrophysiological, morphological, and transcriptomic data measured from individual cells, as well as models simulating cell activity. Thus far, data generation has focused on select areas of cerebral cortex, and thalamic neurons.

Browse electrophysiological response data and reconstructed neuronal morphologies using the Cell Feature Search tool. Single cell gene expression data is described on the RNA-Seq Data page.

Use the Allen Software Development Kit (SDK) to programmatically access and analyze raw data, and to run models.

Data can be downloaded by selecting individual experiments in the Cell Feature Search tool, by accessing transcriptomic RNA-Seq files, or through the Allen SDK or API.

Single Cells from Human Brain

Cells are acquired from donated ex vivo brain tissue dissected from temporal or frontal lobes, based on anatomical annotations described in The Allen Human Brain Reference Atlas. For electrophysiological and morphological analyses in the cortex, cells are selected based on soma shape and laminar location.

For transcriptomic analysis, individual layers of cortex are dissected, and neuronal nuclei are isolated. Laminar sampling is guided by the relative number of neurons present in each layer.

Single Cells from Mouse Brain

Cells are acquired from selected brain areas in the adult mouse. Cells are identified for isolation using transgenic mouse lines harboring fluorescent reporters, with drivers that allow enrichment for cell classes based on marker genes. For electrophysiological and morphological analyses, excitatory cells with layer-enriched distribution and inhibitory cells expressing canonical markers were isolated. Brain areas selected for analysis include subregions from visual cortex, motor cortex and anterior lateral motor cortex (ALM), in the secondary motor area (MOs). Subregions from visual cortex (secondary visual areas) are also included.

For transcriptomic analysis, regional and laminar dissections were performed on specimens from pan-neuronal, pan-excitatory, and pan-inhibitory transgenic lines, to sample comprehensively. Data from the lateral geniculate nucleus (LGd) is also included.


Voir la vidéo: Génétique Moléculaire: Réplication, Transcription, Traduction. (Mai 2022).