Qu'est-ce que l'interférence ARN ? Ce terme fait référence à un système de contrôle de l'activité des gènes dans les cellules eucaryotes. Un processus similaire se produit en raison de molécules courtes (pas plus de 25 nucléotides par chaîne) d'acide ribonucléique.
L'interférence ARN est caractérisée par une inhibition post-transcriptionnelle de l'expression génique par la destruction ou la déadénylation de l'ARNm.
Importance
Il a été trouvé dans les cellules de nombreux eucaryotes: champignons, plantes, animaux.
L'interférence ARN est considérée comme un moyen important de protéger les cellules contre les virus. Elle participe au processus d'embryogenèse.
En raison de la nature puissante et sélective de l'effet de l'acide ribonucléique sur l'expression des gènes, des recherches biologiques sérieuses peuvent être menées sur des organismes vivants, des cultures cellulaires.
Auparavant, l'interférence ARN portait un nom différent: la cosuppression. Après une étude détaillée de ce processus, recevant le prix Nobel de médecine pour l'étude du mécanisme de son apparition par Andrew Fire et Craig Melo, ce processus a été renommé.
Histoire
Qu'est-ce que l'interférence ARN ? Sa découverte est due à une observation préliminaire sérieuse sous l'influence deinhibition de l'expression de l'ARN antisens dans les gènes végétaux.
Quelque temps plus tard, des scientifiques américains ont obtenu des résultats étonnants lorsque des transgènes ont été introduits dans des pétunias. Les chercheurs ont tenté de modifier la plante analysée de manière à donner aux fleurs une teinte plus saturée. Pour ce faire, ils ont introduit dans les cellules des copies supplémentaires du gène de l'enzyme chalcone synthase, responsable de la formation du pigment violet.
Mais les résultats de l'étude étaient totalement imprévisibles. Au lieu de l'assombrissement souhaité de la corolle du pétunia, les fleurs de cette plante sont devenues blanches. La diminution de l'activité de l'enzyme chalcone synthase a été appelée cosuppression.
Points importants
Les expériences suivantes ont révélé l'effet sur ce processus d'inhibition post-transcriptionnelle de l'expression génique due à une augmentation du niveau de dégradation de l'ARNm.
À cette époque, on savait que les plantes qui expriment des protéines spéciales ne sont pas sensibles à l'infection par le virus. Il a été expérimentalement établi que l'obtention d'une telle résistance est obtenue en introduisant une courte séquence non codante d'ARN viral dans le gène de la plante.
L'interférence ARN, dont le mécanisme n'est pas encore entièrement compris, a été appelée "silence génique induite par le virus".
Les biologistes ont commencé à appeler la somme de ces phénomènes inhibition post-transcriptionnelle de l'expression génique.
Andrew Fire et ses collègues ont réussi à prouver le lien entre un phénomène similaire et l'introduction d'un ensemble de sémantiquesARN et antisens formant ARN double brin. C'est elle qui a été reconnue comme la principale raison de l'apparition du processus décrit.
Caractéristiques des mécanismes moléculaires
La protéine Giardia intestinalis Dicer est catalysée en coupant l'ARN double brin pour produire de petits fragments d'ARN interférents. Le domaine RNAase est vert, le domaine PAZ est jaune et l'hélice de liaison est bleue.
L'application de l'interférence ARN est basée sur des voies exogènes et endogènes.
Le premier mécanisme est basé sur le génome du virus ou est le résultat d'expériences en laboratoire. Cet ARN est coupé en petits fragments dans le cytoplasme. Le deuxième type est formé lors de l'expression de gènes individuels d'un organisme vivant, par exemple, le pré-micro ARN. Cela implique la création de structures tige-boucle spécifiques dans le noyau, formant des ARNm qui interagissent avec le complexe RISC.
Petits ARN interférents
Ce sont des chaînes composées de 20 à 25 nucléotides avec des protubérances nucléotidiques aux extrémités. Chaque chaîne a une fraction hydroxyle à l'extrémité 3' et un groupe phosphate à la fraction 5'. Une structure de ce type se forme à la suite de l'action de l'enzyme Dicer sur des épingles à cheveux contenant de l'ARN. Après clivage, les fragments font partie du complexe catalytique. La protéine argonaute déroule progressivement le duplex d'ARN, ce qui contribue à ne laisser qu'un seul brin « guide » dans RISC. Il permet au complexe effecteur de rechercher un ARNm cible spécifique. Lors de l'adhésionLa dégradation de l'ARNm du complexe siRNA-RISC se produit.
Ces molécules s'hybrident avec un type d'ARNm cible, entraînant le clivage de la molécule.
ARNm
L'interférence ARN et la protection des plantes sont des processus interdépendants.
l'ARNm se compose de 21 à 22 nucléotides consécutifs d'origine endogène, qui sont impliqués dans le processus de développement individuel des organismes. Ses gènes sont transcrits pour former de longs transcrits primaires de transcrits de pri-miARN. Ces structures ont la forme d'une tige-boucle, leur longueur est constituée de 70 nucléotides. Ils contiennent une enzyme à activité RNase, ainsi qu'une protéine capable de se lier à l'ARN double brin. De plus, le transport vers le cytoplasme a lieu, où l'ARN résultant devient un substrat pour l'enzyme Dicer. Le traitement peut avoir lieu de différentes manières, selon le type de cellule.
C'est ainsi que fonctionne l'interférence ARN. L'application du processus n'a pas encore été pleinement explorée.
Par exemple, il a été possible d'établir la possibilité d'une voie différente de traitement de l'ARNm, qui ne dépend pas de Diser. Dans ce cas, la molécule est coupée par la protéine argonaute. La différence entre le miARN et le siARN est la capacité d'inhiber la traduction avec plusieurs ARNm différents qui contiennent des séquences d'acides aminés similaires.
Complexe effecteur RISC
Interférence ARN,dont les fonctions biologiques permettent de résoudre de nombreux problèmes liés au complexe protéique, qui assure le clivage des ARNm lors des interférences. Le complexe RISC favorise la division de l'ATP en plusieurs fragments.
Avec l'aide de l'analyse par diffraction des rayons X, il a été déterminé qu'au moyen d'un tel complexe, le processus est considérablement accéléré. Sa partie catalytique est considérée comme des protéines argonautes, localisées à certains endroits du cytoplasme. Ces corps P représentent des zones avec des niveaux significatifs de dégradation de l'ARN; c'est en eux que l'activité d'ARNm la plus élevée a été détectée. La destruction de tels complexes s'accompagne d'une diminution de l'efficacité du processus d'interférence ARN.
Méthodes de suppression de la transcription
En plus de son action au niveau de l'inhibition de la traduction, l'ARN a également un effet sur la transcription des gènes. Certains eucaryotes utilisent ce moyen pour assurer la stabilité de la structure du génome. Grâce à la modification des histones, il est possible de réduire l'expression des gènes dans une certaine zone, puisqu'un tel morceau passe sous forme d'hétérochromatine.
L'interférence ARN et son rôle biologique est une question importante qui mérite une étude et une analyse sérieuses. Pour mener des recherches, les sections de la chaîne qui sont responsables du type d'appariement sont prises en compte.
Par exemple, pour la levure, la suppression de la transcription est effectuée précisément par le complexe RISC, qui contient le fragment Chp1 avec le chromodomaine, l'argonaute et une protéine qui afonction inconnue Tas3.
Afin d'induire la formation de régions d'hétérochromatine, l'enzyme Dicer, l'ARN polymérase, est nécessaire. La division de ces gènes entraîne une violation de la méthylation des histones, un ralentissement de la division cellulaire ou un arrêt complet de ce processus.
édition d'ARN
La forme la plus courante de ce processus chez les eucaryotes supérieurs est le processus de conversion de l'adénosine en inosine, qui se produit dans le double brin de l'ARN. Pour effectuer une telle transformation, l'enzyme adénosine désaminase est utilisée.
Au début du XXIe siècle, une hypothèse a été émise, selon laquelle, le mécanisme d'interférence de l'ARN et l'édition de la molécule étaient reconnus comme des processus compétitifs. Des études sur des mammifères suggèrent que l'édition de l'ARN peut empêcher le silençage du transgène.
Différences entre les organismes
Il réside dans la capacité de percevoir l'ARN étranger, de les appliquer au cours de l'interférence. Pour les plantes, cet effet est systémique. Même dans le cas d'une légère introduction d'ARN, un certain gène est supprimé dans tout le corps. Avec cette action, le signal ARN est transmis entre d'autres cellules. L'ARN polymérase participe à son amplification.
Entre les organismes, il existe une différence dans l'utilisation de gènes étrangers dans le processus d'interférence ARN.
Chez les plantes, le processus de transport des siARN se produit par le biais de plasmodesmes. La transmission de ces effets ARN est assurée par la méthylation des promoteurs de certains gènes.
La principale différence entre ce mécanisme etplantes est l'idéalité de leur complémentarité d'ARNm, qui, avec le complexe RISC, contribue à la dégradation complète de cette molécule.
Fonctions biologiques
Le système en question est un élément important de la réponse immunitaire aux corps étrangers. Par exemple, les plantes ont plusieurs analogues de la protéine Dicer, qui sont utilisées pour combattre de nombreux organismes viraux.
L'ARN peut être considéré comme un mécanisme de défense antiviral acquis par les plantes qui se déclenche dans tout le corps.
Malgré le fait que la protéine Dicer est beaucoup moins exprimée dans les cellules animales, on peut parler de la participation de l'ARN dans la réponse antivirale.
Actuellement, les réponses immunitaires se produisant dans le corps des humains et des animaux ont été partiellement étudiées.
Les biologistes poursuivent leurs recherches, essayant non seulement de justifier les mécanismes de leur apparition, mais aussi de trouver des moyens d'influencer les interactions immunitaires. En cas d'explication réussie de toutes les nuances de l'interférence ARN, les scientifiques pourront contrôler ces réactions biochimiques et créer des mécanismes de protection contre les corps étrangers.
