Structure en double hĂ©lice de l’ARN polyĚý(rA)
Lorsque Francis Crick et James Watson ont découvert la structure en double hélice de l’acide désoxyribonucléique (ADN) en 1953, ils ont déclenché une révolution qui a permis les scientifiques de cartographier, d’étudier et de séquencer le support du patrimoine génétique de tous les organismes vivants.
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L’ADN code le matériel génétique transmis d’une génération à l’autre. Afin que l’information génétique contenue dans l’ADN puisse être utilisée par la cellule pour fabriquer les protéines et les enzymes essentiels à la vie, l’acide ribonucléique (ARN) – matériel génétique à simple brin qui se trouve dans les ribosomes – doit servir d’intermédiaire. Si la plupart des séquences d’ARN présentent une structure simple brin, certaines d’entre elles se trouvent sous forme d'une double hélice, à la manière de l’ADN.
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En 1961, Alexander Rich, David Davies, James Watson et Francis Crick ont Ă©mis l’hypothèse selon laquelle l’ARN connu sous le nom de polyĚý(rA) pouvait former une double hĂ©lice constituĂ©e de brins parallèles.
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Cinquante ans plus tard, des scientifiques de l’UniversitĂ© UUÖ±˛Ą ont cristallisĂ© avec succès une courte sĂ©quence d’ARN, la polyĚý(rA)11, et ont eu recours Ă des donnĂ©es recueillies au Centre canadien de rayonnement synchrotron (CCRS) et au Centre de haute Ă©nergie synchrotron de l’UniversitĂ© Cornell afin de confirmer cette hypothèse.
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La structure dĂ©taillĂ©e en trois dimensions de la sĂ©quence polyĚý(rA)11 a Ă©tĂ© publiĂ©e par le laboratoire de Kalle Gehring, professeur au DĂ©partement de biochimie de UUÖ±˛Ą, en collaboration avec George Sheldrick, de l’UniversitĂ© de Göttingen, et Christopher Wilds, de l’UniversitĂ© Concordia. Les professeurs Wilds et Gehring sont membres du Groupe de recherche axĂ© sur la structure des protĂ©ines (GRASP), une association quĂ©bĂ©coise spĂ©cialisĂ©e en biologie structurale. Leur Ă©tude a fait l’objet d’un article intitulĂ© Structure of the Parallel Duplex of PolyĚý(A)ĚýRNA: Evaluation of a 50 year-Old Prediction, publiĂ© dans la revue spĂ©cialisĂ©e Angewandte Chemie International Edition.
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« Après des travaux Ă©chelonnĂ©s sur cinquante ans, la dĂ©termination de la structure d’une nouvelle conformation d'un acide nuclĂ©ique est très rare. C’est pourquoi nous avons saisi l’occasion lorsque nous avons dĂ©couvert les cristaux inhabituels composĂ©s de la sĂ©quence polyĚý(rA) », affirme le professeur Gehring. Le professeur Gehring dirige le programme de formation sur les bionanomachines Ă UUÖ±˛Ą.
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Selon le professeur Gehring, la dĂ©termination de la structure en double hĂ©lice de l’ARN se traduira par des applications intĂ©ressantes pour la recherche sur les nanomatĂ©riaux biologiques et la chimie supramolĂ©culaire. Les acides nuclĂ©iques sont dotĂ©s de propriĂ©tĂ©s d’autoreconnaissance remarquables et leur utilisation comme « matĂ©riaux de constructionĚý» offre de nouvelles possibilitĂ©s pour la fabrication de bionanomachines – des dispositifs Ă l’échelle nanomĂ©trique issus de la biologie de synthèse.
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«ĚýDu fait de leur très petite taille, de leur faible coĂ»t de production et de notre capacitĂ© Ă les modifier, les bionanomachines offrent des avantages inestimables », affirme le professeur Gehring. «ĚýDe nombreuses bionanomachines font dĂ©jĂ partie intĂ©grante de notre vie quotidienne, qu’il s’agisse d’enzymes, de capteurs, de biomatĂ©riaux ou de mĂ©dicaments biosynthĂ©tiques.Ěý»
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Le spécialiste estime également que la confirmation de la structure en double hélice de l’ARN aura également, à terme, une incidence positive sur la mise au point de traitements médicaux et de remèdes pour des affections telles que le sida et pourrait même contribuer à la régénération des tissus biologiques.
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« La dĂ©termination de la structure de la sĂ©quence polyĚý(rA) souligne l’importance de la recherche fondamentale. Nous tentions de dĂ©terminer la façon dont les cellules transforment l’ARNm en protĂ©ines, mais nous avons finalement Ă©lucidĂ© une vieille question relevant de la chimie supramolĂ©culaire.Ěý»
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Pour les besoins de leurs travaux ayant permis de dĂ©terminer la structure de la sĂ©quence polyĚý(rA)11 de l’ARN, le professeur Gehring et un groupe de chercheurs ont eu recours aux donnĂ©es recueillies par l’Institut canadien de cristallographie molĂ©culaire (ICCM) du Centre canadien de rayonnement synchrotron.
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Selon Michel Fodje, spécialiste des faisceaux à l’ICCM, les travaux des chercheurs ont permis de préciser avec succès la structure de l’ADN et pourraient influer sur la façon dont l’information génétique est stockée dans les cellules.
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«ĚýMĂŞme si l’ADN et l’ARN sont tous deux porteurs de l’information gĂ©nĂ©tique, il existe de nombreuses diffĂ©rences entre euxĚý», affirme le professeur Fodje. «ĚýLes molĂ©cules d’ARNm comportent une queue polyĚý(rA), chimiquement identique aux molĂ©cules du cristal. La structure de la sĂ©quence polyĚý(rA) pourrait se rĂ©vĂ©ler importante sur le plan physiologique, particulièrement en prĂ©sence de fortes concentrations locales d’ARNm, notamment lorsque les cellules sont soumises Ă un stress et que l’ARNm est alors concentrĂ© dans des granules au sein de ces dernières.Ěý»
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À l’aide de cette information, les chercheurs continueront de cartographier les diverses structures de l’ARN et d’étudier leur rôle dans la conception de bionanomachines novatrices et dans les cellules en période de stress.
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Les travaux de recherche sur la structure de la sĂ©quence polyĚý(rA) ont Ă©tĂ© subventionnĂ©s par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en gĂ©nie du Canada, avec le soutien de la Fondation canadienne pour l’innovation, du gouvernement du QuĂ©bec, de l’UniversitĂ© Concordia et de l’UniversitĂ© UUÖ±˛Ą.
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Situé sur le campus de l’Université de la Saskatchewan, à Saskatoon, le Centre canadien de rayonnement synchrotron est l’installation nationale du Canada pour la recherche sur la lumière synchrotron. Ses activités sont financées par la Fondation canadienne pour l’innovation, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, Diversification de l’économie de l’Ouest du Canada, le Conseil national de recherches du Canada, les Instituts de recherche en santé du Canada, le gouvernement de la Saskatchewan et l’Université de la Saskatchewan.
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Version intégrale de l’article :
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Image:ĚýStructure of poly (rA) duplex showing the two strands in orange/yellow and green/blue. Ammonium ions that stabilize the structure are shown as black balls.ĚýCredit:ĚýKathryn Janzen, Canadian Light Source
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/newsroom/
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