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Posté par Adrien le Mardi 22/11/2016 à 00:00
Un seul et même coeur catalytique pour la réplication et la transcription chez les archées
La première structure d'un membre d'une famille essentielle de DNA polymérases (polD) chez les archées, l'un des trois grands domaines du monde vivant, vient d'être résolue par cristallographie par une équipe associant des chercheurs du CNRS, de l'Institut Pasteur (L’Institut Pasteur est une fondation française privée à but non lucratif qui se consacre à l'étude de la biologie, des microorganismes, des...) et de l'IFREMER. De façon surprenante, le coeur catalytique de la polD, responsable de la réplication de l'ADN, a la même architecture (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) que les ARN polymérases responsables de la transcription chez tous les êtres vivants. Ceci laisse penser que ce petit domaine fonctionnel pourrait avoir été essentiel lors de la transition entre un monde (Le mot monde peut désigner :) sans ADN et un monde avec ADN. Cette étude est publiée dans la revue Nature Communications.


Figure 1: Nouvelle classification des ADN polymérases, en trois familles structurales.
© Marc Delarue. Nature publishing group.

Les archées constituent l'une des trois grandes branches du monde vivant. Depuis leur découverte par Carl Woese à la fin des années 1970, les archées ne cessent de nous surprendre. On sait depuis plusieurs années que les archées utilisent pour la réplication de leur ADN deux types d'ADN polymérases, une de la famille polB et une autre de la famille polD. En règle générale, l'appareil réplicatif des archées est très similaire à celui des eucaryotes, bien davantage qu'à celui des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...). Effectivement, on trouve des polB chez les eucaryotes, mais pas de polD. La polD est essentielle et participe à la duplication du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains virus dont le génome est porté par des...) chez les archées. Depuis la découverte des polD, les analyses de séquences n'ont pas pu déterminer le lien de parenté éventuel entre celles-ci et les autres familles connues d'ADN polymérases (polA, polB, polC...), lesquelles sont connues pour se répartir en deux familles structurales distinctes seulement.


Figure 2: Passage d'un monde sans ADN à un mode avec ADN. Invention de la réplication de l'ADN et de la transcription, peut-être grâce au coeur catalytique appelé "double-psi barrel".
© Marc Delarue

Pour résoudre cette question de l'origine évolutive des polD, les chercheurs ont déterminé par radiocristallographie la structure atomique d'une ADN polymérase de Pyrococcus abyssi, une archée qui se trouve dans les fosses marines profondes. De manière inattendue, cette étude a révélé que la sous-unité catalytique DP2 contient une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) semblable à celle des ARN polymérases de tous les organismes (bactéries, archées, eucaryotes), différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans...) des deux architectures connues des autres ADN polymérases. Ceci a conduit les chercheurs à mettre à jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...) la classification des ADN polymérases, qui est maintenant complète (Fig. 1)

Ainsi, chez les archées, il existe un lien très étroit entre le coeur catalytique responsable de la réplication et celui qui est responsable de la transcription. Il est permis de penser que ce coeur catalytique, qui est également capable de répliquer de l'ARN comme cela a été observé chez une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les...) de plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles...), était présent et fonctionnel en tant que "réplicase" de l'ARN chez l'ancêtre des archées fonctionnant dans un monde sans ADN (mais bien sûr avec des ARN et des protéines, le code génétique (Le code génétique désigne le système de correspondance mis en jeu lors de la transformation de l'information génétique des gènes en protéines,...) et le ribosome). C'est ensuite, grâce à sa versatilité et sa capacité à remplir les nouvelles fonctions requises de réplication de l'ADN et de sa transcription en ARN, qu'il aurait été recruté lors du passage à un monde avec ADN, rendant cette transition plus facile que si les deux fonctions avaient dû être inventées séparément (Fig. 2).

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Source: CNRS-INSB