La biologie moderne surprend par le caractère unique et l'ampleur de ses découvertes. Aujourd'hui, cette science étudie la plupart des processus qui sont cachés à nos yeux. C'est remarquable pour la biologie moléculaire - l'un des domaines prometteurs qui aide à percer les mystères les plus complexes de la matière vivante.
Qu'est-ce que la transcription inverse
La transcription inverse (RT en abrégé) est un processus spécifique caractéristique de la plupart des virus à ARN. Sa caractéristique principale est la synthèse d'une molécule d'ADN double brin basée sur l'ARN messager.
OT n'est pas caractéristique des bactéries ou des organismes eucaryotes. L'enzyme principale, la reversetase, joue un rôle clé dans la synthèse de l'ADN double brin.
Historique des découvertes
L'idée qu'une molécule d'acide ribonucléique puisse devenir un modèle pour la synthèse de l'ADN était considérée comme absurde jusqu'aux années 1970. Puis B altimore et Temin, travaillant séparément l'un de l'autre, ont découvert presque simultanément une nouvelle enzyme. Ils l'ont appelée ADN polymérase dépendante de l'ARN, ou transcriptase inverse.
La découverte de cette enzyme a confirmé sans condition l'existence d'organismescapable de transcription inverse. Les deux scientifiques ont reçu le prix Nobel en 1975. Après un certain temps, Engelhardt a proposé un nom alternatif pour la transcriptase inverse - revertase.
Pourquoi OT contredit le dogme central de la biologie moléculaire
Le dogme central est le concept de synthèse séquentielle de protéines dans n'importe quelle cellule vivante. Un tel schéma est construit à partir de trois composants: l'ADN, l'ARN et la protéine.
Selon le dogme central, l'ARN peut être synthétisé exclusivement sur la matrice d'ADN, et alors seulement l'ARN est impliqué dans la construction de la structure primaire de la protéine.
Ce dogme a été officiellement accepté dans la communauté scientifique avant la découverte de la transcription inverse. Sans surprise, l'idée de la synthèse inverse de l'ADN à partir de l'ARN a longtemps été rejetée par les scientifiques. Ce n'est qu'en 1970, avec la découverte de la reversetase, que ce problème a pris fin, ce qui s'est reflété dans le concept de synthèse protéique.
Révertase des rétrovirus aviaires
Le processus de transcription inverse n'est pas complet sans la participation de l'ADN polymérase ARN-dépendante. La révertase du rétrovirus aviaire a été étudiée au maximum à ce jour.
On ne trouve qu'environ 40 molécules de cette protéine dans un virion de cette famille de virus. La protéine se compose de deux sous-unités qui sont en nombre égal et remplissent trois fonctions importantes de reversease:
1) Synthèse d'une molécule d'ADN à la fois sur une matrice d'ARN simple brin/double brin et sur la base d'acides désoxyribonucléiques.
2) L'activation de la RNase H, dont le rôle principal est declivage de la molécule d'ARN dans le complexe ARN-ADN.
3) Destruction de sections de molécules d'ADN pour insertion dans le génome eucaryote.
Mécanisme OT
Les étapes de transcription inverse peuvent varier selon la famille de virus, c'est-à-dire sur le type de leurs acides nucléiques.
Considérons d'abord les virus qui utilisent la reversetase. Ici, le processus OT est divisé en 3 étapes:
1) Synthèse du brin d'ARN "-" sur la matrice "+" du brin d'ARN.
2) Destruction du brin "+" de l'ARN dans le complexe ARN-ADN à l'aide de l'enzyme RNase H.
3) Synthèse d'une molécule d'ADN double brin sur la matrice "-" de la chaîne d'ARN.
Cette méthode de reproduction des virions est typique de certains virus oncogènes et du virus de l'immunodéficience humaine (VIH).
Il convient de noter que pour la synthèse de tout acide nucléique sur une matrice d'ARN, une graine ou une amorce est nécessaire. Une amorce est une courte séquence de nucléotides complémentaire de l'extrémité 3' d'une molécule d'ARN (matrice) et joue un rôle important dans l'initiation de la synthèse.
Lorsque des molécules d'ADN double brin prêtes à l'emploi d'origine virale sont intégrées dans le génome eucaryote, le mécanisme habituel de synthèse des protéines du virion commence. En conséquence, la cellule "capturée" par le virus devient une usine de production de virions, où les molécules de protéines et d'ARN nécessaires sont formées en grande quantité.
Une autre voie de transcription inverse est basée sur l'action de l'ARN synthétase. Cette protéine est active dans les paramyxovirus, les rhabdovirus, les picornovirus. Dans ce cas, il n'y a pas de troisième étape d'OT - la formationADN double brin, et à la place, une chaîne d'ARN "+" est synthétisée sur la matrice de la chaîne d'ARN virale "-" et vice versa.
La répétition de tels cycles conduit à la fois à la réplication du génome du virus et à la formation d'ARNm capable de synthétiser des protéines dans les conditions d'une cellule eucaryote infectée.
Signification biologique de la transcription inverse
Le processus OT est d'une importance primordiale dans le cycle de vie de nombreux virus (principalement des rétrovirus tels que le VIH). L'ARN d'un virion qui a attaqué une cellule eucaryote devient une matrice pour la synthèse du premier brin d'ADN, sur lequel il n'est pas difficile de compléter le second brin.
L'ADN double brin obtenu du virus est intégré dans le génome eucaryote, ce qui conduit à l'activation des processus de synthèse des protéines du virion et à l'apparition d'un grand nombre de ses copies à l'intérieur de la cellule infectée. C'est la mission principale de Revertase et OT en général pour le virus.
La transcription inverse peut également se produire chez les eucaryotes dans le contexte des rétrotransposons - des éléments génétiques mobiles qui peuvent se transporter indépendamment d'une partie du génome à une autre. De tels éléments, selon les scientifiques, ont causé l'évolution des organismes vivants.
Le rétrotransposon est une portion d'ADN eucaryote qui code pour plusieurs protéines. L'une d'elles, la reversetase, est directement impliquée dans la délocalisation de cette rétrotransporozone.
Utilisation de l'OT en science
Depuis le moment où la reversetase a été isolée sous sa forme pure, le procédé de transcription inverse a été adopté par les biologistes. L'étude du mécanisme OT aide encore à lire les séquences des protéines humaines les plus importantes.
Le fait est que le génome des eucaryotes, y compris nous, contient des régions non informatives appelées introns. Lorsqu'une séquence nucléotidique est lue à partir d'un tel ADN et qu'un ARN simple brin se forme, ce dernier perd des introns et code exclusivement pour la protéine. Si l'ADN est synthétisé à l'aide d'une reversetase sur une matrice d'ARN, il est alors facile de le séquencer et de connaître l'ordre des nucléotides.
L'acide nucléique formé par la transcriptase inverse est appelé ADNc. Il est souvent utilisé dans la réaction en chaîne par polymérase (PCR) pour augmenter artificiellement le nombre de copies de la copie d'ADNc résultante. Cette méthode est utilisée non seulement en science, mais aussi en médecine: les assistants de laboratoire déterminent la similitude d'un tel ADN avec les génomes de diverses bactéries ou virus d'une bibliothèque commune. La synthèse de vecteurs et leur introduction dans des bactéries est l'un des domaines prometteurs de la biologie. Si la RT est utilisée pour former l'ADN des humains et d'autres organismes sans introns, de telles molécules peuvent facilement être introduites dans le génome bactérien. Ainsi, ces derniers deviennent des usines pour la production de substances nécessaires à une personne (par exemple, des enzymes).
