Le dogme central de la biologie moléculaire suggère que l'ADN contient les informations nécessaires pour coder toutes nos protéines, et trois types différents d'ARN traduisent ce code en polypeptides plutôt passivement. En particulier, l'ARN messager (ARNm) transporte le schéma protéique de l'ADN de la cellule à ses ribosomes, qui sont les « machines » qui contrôlent la synthèse des protéines. L'ARN (ARNt) transfère ensuite les acides aminés appropriés au ribosome pour l'incorporation dans une nouvelle protéine. Pendant ce temps, les ribosomes eux-mêmes sont constitués principalement de molécules d'ARN ribosomal (ARNr).
Cependant, au cours du demi-siècle qui s'est écoulé depuis que la structure de l'ADN a été développée pour la première fois, les scientifiques ont appris que l'ARN joue un rôle beaucoup plus important que la simple participation à la synthèse des protéines. Par exemple, de nombreux types d'ARN se sont avérés catalytiques, ce qui signifie qu'ils effectuent des réactions biochimiques de la même manière que les enzymes. En outre, de nombreuses autres espèces d'ARN jouent un rôle régulateur complexe danscellules.
Ainsi, les molécules d'ARN jouent de nombreux rôles à la fois dans les processus cellulaires normaux et dans les états pathologiques. Habituellement, les molécules d'ARN qui ne prennent pas la forme d'ARNm sont appelées non codantes car elles ne codent pas pour les protéines. Participation des ARNm non codants dans de nombreux processus de régulation. Leur prévalence et la variété de leurs fonctions ont conduit à l'hypothèse que le "monde de l'ARN" pourrait précéder l'évolution des fonctions de l'ADN et de l'ARN dans la cellule, participation à la biosynthèse des protéines.
ARN non codants chez les eucaryotes
Il existe plusieurs variétés d'ARN non codant chez les eucaryotes. Plus particulièrement, ils transfèrent l'ARN (ARNt) et l'ARN ribosomal (ARNr). Comme mentionné précédemment, l'ARNt et l'ARNr jouent un rôle important dans la traduction de l'ARNm en protéines. Par exemple, Francis Crick a suggéré l'existence de molécules d'ARN adaptatrices qui pourraient se lier au code nucléotidique de l'ARNm, facilitant ainsi le transfert d'acides aminés dans des chaînes polypeptidiques en croissance.
Les travaux de Hoagland et al. (1958) ont en effet confirmé qu'une certaine fraction d'ARN cellulaire était liée de manière covalente à des acides aminés. Plus tard, le fait que l'ARNr s'est avéré être un composant structurel des ribosomes a suggéré que, comme l'ARNt, l'ARNr ne code pas non plus.
En plus de l'ARNr et de l'ARNt, il existe un certain nombre d'autres ARN non codants dans les cellules eucaryotes. Ces molécules participent à de nombreuses fonctions importantes de stockage d'énergie de l'ARN dans la cellule, qui sont encore énumérées et définies. Ces ARN sont souvent appelés petits ARN régulateurs (ARNs).chez les eucaryotes, ils ont été classés en un certain nombre de sous-catégories. Ensemble, les ARN régulateurs exercent leurs effets grâce à une combinaison d'appariement de bases complémentaires, de complexation avec des protéines et de leur propre activité enzymatique.
Petit ARN nucléaire
Une sous-catégorie importante de petits ARN régulateurs se compose de molécules connues sous le nom de petits ARN nucléaires (ARNsn). Ces molécules jouent un rôle important dans la régulation des gènes par l'épissage de l'ARN. Les SnARN se trouvent dans le noyau et sont généralement étroitement associés à des protéines dans des complexes appelés snRNP (petites ribonucléoprotéines nucléaires, parfois appelées "snurps"). Les plus courantes de ces molécules sont les particules U1, U2, U5 et U4/U6, qui sont impliquées dans l'épissage du pré-ARNm pour former l'ARNm mature.
MicroARN
Un autre sujet de grand intérêt pour les chercheurs est celui des microARN (miARN), qui sont de petits ARN régulateurs d'environ 22 à 26 nucléotides de longueur. L'existence de miARN et leurs fonctions contractiles Les ARN dans la cellule dans la régulation des gènes ont été découverts à l'origine chez le nématode C. elegans (Lee et al., 1993; Wightman et al., 1993). Depuis leur découverte des miARN, ils ont été identifiés chez de nombreuses autres espèces, notamment les mouches, les souris et les humains. A ce jour, plusieurs centaines de miARN ont été identifiés. Il peut y en avoir beaucoup plus (He & Hannon, 2004).
Les miARN inhibent l'expression des gènes en réprimant la traduction. Par exemple, les miARN codés par C. elegans, lin-4 et let-7,se lient à la région 3' non traduite de leurs cibles d'ARNm, empêchant la formation de protéines fonctionnelles à certains stades du développement larvaire. Jusqu'à présent, la plupart des miARN étudiés semblent contrôler l'expression des gènes en se liant aux ARNm cibles par un appariement de bases imparfait et une inhibition ultérieure de la traduction, bien que certaines exceptions aient été notées.
Des recherches supplémentaires montrent que les miARN jouent également un rôle important dans le cancer et d'autres maladies. Par exemple, l'espèce miR-155 est enrichie en cellules B dérivées du lymphome de Burkitt, et sa séquence est également corrélée à une translocation chromosomique connue (échange d'ADN entre chromosomes).
Petit ARN interférent
Les petits ARN interférents (ARNsi) sont une autre classe d'ARN. Bien que ces molécules ne soient longues que de 21 à 25 paires de bases, elles fonctionnent également pour faire taire l'expression des gènes. En particulier, un brin d'une molécule d'ARNsi double brin peut être inclus dans un complexe appelé RISC. Ce complexe contenant de l'ARN peut alors inhiber la transcription d'une molécule d'ARNm qui a une séquence complémentaire à son composant ARN.
Les miARN ont d'abord été identifiés par leur implication dans l'interférence ARN (ARNi). Ils peuvent avoir évolué en tant que mécanisme de défense contre les virus à ARN double brin. Les siARN sont dérivés de transcrits plus longs dans un processus similaire à celui par lequel les miARN se produisent et le traitement des deux types d'ARN implique la même enzymeDicer. Les deux classes semblent différer dans leurs mécanismes de répression, mais des exceptions ont été trouvées dans lesquelles les siARN présentent des comportements plus typiques des miARN et vice versa (He & Hannon, 2004).
Petit ARN nucléolaire
Dans le noyau eucaryote, le nucléole est la structure dans laquelle se déroulent le traitement de l'ARNr et l'assemblage ribosomique. Des molécules appelées petits ARN nucléolaires (snoARN) ont été isolées à partir d'extraits nucléolaires en raison de leur abondance dans cette structure. Ces molécules fonctionnent pour traiter les molécules d'ARNr, ce qui entraîne souvent la méthylation et la pseudo-uridylation de nucléosides spécifiques. Les modifications sont médiées par l'une des deux classes de snoARN: les familles C/D-box ou H/ACA-box, qui impliquent généralement l'ajout de groupes méthyle ou l'isomérisation de l'uradine dans les molécules d'ARNr immatures, respectivement.
ARN non codants chez les procaryotes
Cependant, les eucaryotes n'ont pas poussé le marché vers des ARN non codants dotés de fonctions énergétiques régulatrices spécifiques des ARN dans la cellule. Les bactéries possèdent également une classe de petits ARN régulateurs. Les ARNr bactériens sont impliqués dans des processus allant de la virulence à la transition de la croissance à la phase stationnaire qui se produit lorsqu'une bactérie est confrontée à une situation de privation de nutriments.
Un exemple d'ARNr bactérien est l'ARN 6S trouvé dans Escherichia coli. Cette molécule a été bien caractérisée, son séquençage initial ayant eu lieu en 1980. ARN 6Sest conservé dans de nombreuses espèces bactériennes, ce qui indique un rôle important dans la régulation des gènes.
Il a été démontré que l'ARN affecte l'activité de l'ARN polymérase (RNAP), la molécule qui transcrit l'ARN messager à partir de l'ADN. L'ARN 6S inhibe cette activité en se liant à une sous-unité polymérase qui stimule la transcription pendant la croissance. Par ce mécanisme, l'ARN 6S inhibe l'expression des gènes qui stimulent la croissance active et aident les cellules à entrer dans la phase stationnaire (Jabri, 2005).
Riboswitches
La régulation des gènes - tant chez les procaryotes que chez les eucaryotes - est influencée par des éléments régulateurs de l'ARN appelés riboswitches (ou commutateurs d'ARN). Les riboswitches sont des capteurs d'ARN qui détectent et répondent aux signaux environnementaux ou métaboliques et influencent ainsi l'expression des gènes.
Un exemple simple de ce groupe est l'ARN du capteur de température trouvé dans les gènes de virulence de la bactérie pathogène Listeria monocytogenes. Lorsque cette bactérie pénètre dans l'hôte, la température élevée à l'intérieur du corps de l'hôte fait fondre la structure secondaire du segment dans la région 5' non traduite de l'ARNm produit par le gène bactérien prfA. En conséquence, des changements se produisent dans la structure secondaire.
Il a été démontré que des riboswitches supplémentaires réagissent aux chocs thermiques et froids dans divers organismes et régulent également la synthèse de métabolites tels que les sucres et les acides aminés. Bien que les ribocommutateurs semblent être plus fréquents chez les procaryotes, beaucoup ont également été trouvés dans les cellules eucaryotes.
