Les ARNs

LES ARNs

1. Généralités

1. Structure des ARNs

Structure primaire :

• Polynucléotide dont les ribonucléotides sont unis par des liaisons phosphodiesters
• Différence avec ADN :

• Structure le plus souvent monocaténaire
• Du ribose à la place du désoxyribose
• De l’uracile à la place de la thymine.

Structure secondaire :

• Appariements internes (A/U et C/G) au sein de la molécule simple brin : formation d’une tige et d’une boucle (région non appariée) 🡪 structure en épingle à cheveux 

Structure tertiaire :

• Interactions à distance définissant une structure tridimensionnelle
• Difficile à prévoir et très dépendante des conditions physico-chimiques environnantes.

Séquences palindromiques : séquence possédant une symétrie avec sa séquence complémentaire

[pic 1]

Structures plus complexes résultant de l’appariement de plusieurs régions complémentaires ou palindromiques.

[pic 2]

1. Fonction des ARNs

• Support temporaire de l’information génétique : ARN messagers
• Catalyseur enzymatique : certains ARN se comportent comme des enzymes, on parle alors de ribozyme (ex : ARNr ; ARN H1 de la ribonucléase P ; spliceosome).
• Guide pour des enzymes : certains ARN sont utilisés comme cofacteurs par des protéines pour permettre leur ciblage vers des séquences spécifiques (ex : ARN nucléolaires (snoARN), qui guident les enzymes de modification de l’ARN ribosomique, l’ARN télomérique, qui est un cofacteur de la télomérase ou encore les ARN interférents).
• Régulateurs de l’expression génétique (ex : ARN antisens qui s’apparient à un ARN cible et en bloquent la traduction par le ribosome).

• L’hypothèse dite du RNA world ou monde à ARN :

• L’ARN pouvant à la fois jouer le rôle de catalyseur et de support de l’information génétique.
• ARN aurait été le précurseur de toutes les fonctions biologiques.

1. Classification

• ARN précurseurs (noyau) et matures.

[pic 3]

1. Caractéristiques de certains ARN

1. ARN messagers

• Portent un message de l’ADN aux ribosomes (lieu de synthèse des protéines) : copie du gène qui sera traduit en une protéine.
• Messager chiffré par triplets nucléotidiques = codons.
• Structure :

• ARNm ont une structure primaire
• Mais rarement de structure secondaire ou tertiaire 🡪 durée de vie courte
• Maturation post transcriptionnelle +++ [pic 4]

1. ARNt

Rôle : transfert les acides aminés du cytosol jusqu’aux ribosomes.

• Moins d’une centaine de nucléotides
• Caractéristiques structurales propres à ces ARNt :

• Structure secondaire : formation de plusieurs épingles à cheveux (tiges et boucles) lui donnant la forme d’une feuille de trèfle.
• Structure tertiaire : appariements entre bases des boucles opposées : forme de L
• Nucléotides atypiques : près de ¼ des nucléotides, surtout au niveau des boucles (dihydrouracile, hypoxanthine, pseudouracile…)

1. ARNr

Rôle : constituant principal des ribosomes, organites cytoplasmiques qui sont le lieu de la synthèse des protéines.

• Présents également dans les mitochondries et les chloroplastes (synthèses de protéines mitochondriales).
• Synthèse et maturation des ARNr :

• Gènes des ARN ribosomiques transcrits sous forme de précurseurs plus longs qui sont ensuite clivés pour donner les différents ARNr dans le nucléole. [pic 5]
• A partir des ribosomes situés dans le cytosol, les ARNr sont repliés sur eux mêmes, formant une structure tridimensionnelle compacte (réseaux complexes de tiges et de boucles et appariements entre bases éloignées) 🡪 très stables.

[pic 6]

• Ribosome : formé de 2 sous-unités :

• Une petite : plate et flexible
• Une grande : ronde et rigide
• Chacune associant des ARNr et des protéines ribosomales

[pic 7]

1. MicroARNs

• Premier miARN identifié en 1993, chez le nématode Caenorhabditis elegans :

• Lin-4 qui inhibait l’expression d’une protéine importante dans la transition entre les stades larvaires.
• Ce mode de régulation a été catalogué alors comme une bizarrerie spécifique du développement des nématodes.

• Let-7 en 2000 :

• Identifié chez C. elegans, contrôle la transition entre le stade larvaire L4 et le stade adulte.
• Cette découverte a permis de généraliser le mode d’action de lin-4.
• Identification de séquences homologues du gène let-7 ont été identifiées chez toutes les espèces d’invertébrés et de vertébrés.

• Biogénèse et fonction :

• Drosha : nucléase permettant à l’ARN de ne conserver que la structure en tige et en boucle.
• Dicer : nucléase
• RISC : RN induced silencing complex comprenant la protéine Argonaute (Ago) qui intéragit avec le miARN
• Répression de l’expression d’autres gènes : scission de l’ARNm ou inhibition de la traduction.

1. Petits ARNs interférents ou siARNs

• Description du mécanisme de l’interférence de l’ARN par des petits ARN : en 1998 par Andrew Z. Fire et Craig C. Mello :

• Réduction spécifique de l’expression de protéines contenues dans des cellules du nématode, en introduisant de l’ARN double brin dans celles-ci.

• Mécanisme qui a probablement été sélectionné au cours de l’évolution comme un moyen de protection contre l’introduction de génomes étrangers, notamment viraux.
• Applications +++ de ce mécanisme :

• Intérêt physiopathologique : permet l’étude de la fonction d’un gène
• Intérêt thérapeutique : inhiber l’expression de gènes surexprimés dans certaines pathologies.

[pic 8]

• Biogénèse et fonction :

• Synthèse de siARN à partir d’un ARN bicaténaire qui peut provenir de la cellule (régions répétées du génome ou gènes synthétisant des ARN avec de longues régions autocomplémentaires se repliant) ou de l’extérieur.
• Modification de l’ARN bicaténaire par Dicer pour former des siARN
• siARN chargés dans un RISC
• Scission de l’ARNm complémentaire.

1. Différences miARNs et siARNs

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