CHAPITRE I : INTRODUCTION
4. L’ARN : fonction, édition et contrôle
4.2 Fonction de l’ARN
De tous les types de molécules d‘ARN, l‘ARN messager (ou ARNm) est la classe la plus connue et la plus étudiée. Son rôle est de copier l‘ADN au noyau en utilisant quatre bases distinctes (guanine, adénine, uracile et cytosine) et de transférer cette information au cytoplasme où des ribosomes la traduisent en une protéine. Bien que certains ARNm matures des cellules procaryotes codent pour plus d‘une protéine, il a été remarqué que chaque ARNm eucaryote ne code que pour une seule protéine, sauf quelques très rares exceptions 819. Tous les ARNm sont produits par l‘action de l‘ARN polymérase de type II au sein du noyau791. Lors du processus d‘élongation, plusieurs protéines hnRNP se fixent à certaines séquences-cibles du brin naissant, certaines d‘entre-elles étant spécialisées dans la reconnaissance et l‘excision des introns et la jonction des exons entre eux. Suivant la transcription, d‘autres protéines reconnaissent les ARNm sans intron et sont spécialisées dans l‘ajout de la coiffe et de la queue de poly-adénosine (tel que décrit plus haut dans les sections 3.5.2 et 3.5.3), ce qui termine la maturation de l‘ARNm. Lorsque cette maturation est complète et en absence de codon stop prématuré, le transcrit est pris
en charge par des exportines et est transloqué via un des NPC vers le cytoplasme 801. La coiffe de la plupart des ARNm est alors reconnue par le complexe eIF4 et un ribosome 820, ce dernier « lisant » par la suite le transcrit jusqu‘à ce qu‘il repère la séquence d‘initiation de la traduction 821. À partir de l‘ajout de la première méthionine, les codons sont reconnus séquentiellement par les ARN de transfert qui induisent l‘allongement de la chaîne peptidique jusqu‘à l‘arrêt de la traduction et la libération de la protéine. Après un certain temps et plusieurs rondes de traduction, la queue de poly-A est clivée, ce qui entraîne l‘enlèvement de la coiffe et la dégradation de l‘ARNm par une ribonucléase 822.
Récemment, il a cependant été découvert que les ARNm subissaient une première ronde de traduction dite « pionnière » avant d‘être officiellement pris en charge par le complexe eIF4. Ce test est initié par la fixation du dimère CBP80-CBP20 et d‘un ribosome et permet de libérer les protéines fixées sur les jonctions exon-exon et sur la queue de poly-adénosines 823, 824. Il est maintenant accepté que cette ronde pionnière constitue un « test de qualité » avant de permettre une production à plus grande échelle de la protéine 825.
4.2.2 Les ARN de transfert
Les ARN de transfert (ARNt) sont de courts ARN de 73 à 94 nucléotides transportant un acide aminé et permettant l‘élongation d‘une chaîne peptidique en réponse à une séquence de codons sur un ARNm 826. La partie nommée « anticodon » de l‘ARNt correspond au complément inverse de la séquence de trois nucléotides du codon de l‘ARNm et constitue l‘élément permettant le décodage de l‘ARNm en une protéine. Le lien covalent entre la partie 3‘ de l‘ARNt et son acide aminé est créé par l‘activité des aminoacyl-ARNt synthétases au niveau du noyau, tandis que les ARNt matures sont délivrés au ribosome du cytoplasme par des facteurs d‘élongation appelés eEF-1 827-829. Plus de 451 gènes codant pour les ARNt chez l‘humain ont été découverts sur tous les chromosomes sauf le chromosome Y 830, en plus de 22 autres dans l‘ADN mitochondrial 831. Ces 473 membres ont été séparés en 49 familles distinctes d‘isoaccepteurs, ceux-ci permettant de décoder les 21 acides aminés de notre code génétique (20 acides aminés standards et la sélénocystéine). Il existe de grandes différences d‘expression des ARNt entre les tissus humains, ce qui pourrait suggérer un contrôle de la traduction par une présence modulable des ARNt 832. Dans la cellule eucaryote, la fonction des ARNt dépend de la reconnaissance initiale entre le codon AUG de l‘ARNm et l‘anticodon CAU de l‘ARNt transportant la méthionine. Un ARNt couplé à son acide aminé (qui correspond à celui codé par le prochain codon) entre ensuite dans la
première poche du ribosome (aussi nommé le « site A ») lors de la reconnaissance codon/anticodon. Cet ARNt est par la suite transféré au « site P » (la deuxième pochette du ribosome), où l‘acide aminé est transféré sur la chaîne peptidique naissante, à la suite de la première méthionine. L‘ARNt sans acide aminé est déplacé dans la poche de sortie (le « site E ») où une réaction enzymatique médiée par la GTPase eEF-2 le libèrera dans le cytoplasme 833, 834. En moyenne, ce mécanisme transfert de 15-20 acides aminés par seconde avec un taux d‘erreur inférieur à 1 sur 10000 835, 836.
4.2.3 Les microARN
Les microARN (« miARN ») sont de petites molécules d‘ARN de 20 à 22 nucléotides qui agissent comme régulateurs négatifs de l‘expression génique. Ces petites molécules jouent un rôle important dans le développement cellulaire, la différentiation, la prolifération, la mort cellulaire, la structure chromosomale et la résistance intrinsèque aux virus 837. Certaines études ont démontré que certains patrons d‘expression de miARN étaient modulés en présence de certains cancers, et que d‘autres conféraient une certaine résistance à la chimiothérapie 838-842. L‘existence de ces courtes molécules est conservée dans toutes les espèces, ceci tendant à réaffirmer l‘importance de leurs rôles physiologiques 843, 844. Un total de 1 à 5 % du génome serait consacré à des gènes desquels sont dérivés des miARN, et de 10 à 30 % des gènes codants seraient régulés par des miARN 845-847. Alors qu‘il avait été initialement énoncé que la plupart des miARN devaient probablement être situés dans des régions intergéniques du génome 848, il a plutôt été montré que 70% de ceux-ci étaient situés dans un des introns d‘un gène 849.
La biogénèse des miARN a été étudiée en détails : le transcrit pleine-longueur produit par l‘expression du gène du miARN (pri-miARN) est tout d‘abord clivé au noyau par l‘endonucléase Drosha et la protéine de fixation à l‘ARN double-brin Pasha. Cette digestion génère un précurseur bouclé de 60 à 70 nucléotides de long appelé pré-miARN 850, 851. Une protéine exportatrice (Exportine-5) transporte ensuite ce pré-miARN au cytoplasme, où il est pris en charge par Dicer 852, 853. Cette endonucléase crée ainsi un duplex d‘ARN d‘environ 20 à 22 nucléotides dont l‘un des 2 brins est choisi par la protéine argonaute (RNase du complexe RISC) et isolé dans le complexe protéique RISC (« RNA-induced silencing complex »). Le brin incorporé au RISC est appelé ―brin-guide‖ et est probablement identifié par la stabilité plus grande de son extrémité 5‘ 854 . Le brin non-choisi (brin dit « passager ») est dégradé par le complexe RISC mature 855. L‘action de répression de la traduction est effectuée lorsque le miARN fixé au complexe RISC reconnaît de façon imparfaite une séquence-cible, celle-ci étant la plupart du temps située sur le
3‘UTR de transcrits des cellules eucaryotes. Le miARN et RISC fixés sur l‘ARNm-cible bloquent la machinerie de traduction cellulaire empêchant la formation de protéines dérivées. L‘ARN cible n‘est pas détruit suite à sa reconnaissance par le miRNA, mais est plutôt séquestré dans la cellule ; c‘est d‘ailleurs à cause de ce dernier processus que les miARN diminuent la traduction tout en n‘altérant pas la concentration des transcrits-cibles 856.
4.2.4 Autres fonctions
L‘ARN possède plusieurs autres fonctions que celles présentées dans cette section, et des travaux de recherche viennent chaque année brosser un tableau encore plus complet de leur importance. Par exemple, notons les NAT qui ont une fonction semblable aux miARN 857, les ARNcirc qui agissent comme une « éponge » à miARN 858, les SRP RNA qui font partie des ribonucléoprotéines SRP qui dirigent les protéines dans la cellule 859, les snoRNA qui guident les modifications chimiques des autres ARN 860, les piRNA qui répriment les éléments transposables des lignées germinales 861 et les ribozymes, des ARN ayant diverses capacités catalytiques 862. Étant donné que ces fonctions sont très éloignées du sujet de cette thèse, ces différents ARN ne seront pas décrits en détail ici.