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Posté par Adrien le Mardi 01/08/2017 à 00:00
Les introns, des séquences pour protéger le génome
Parmi les nombreuses séquences d'ADN non codant que comportent les génomes, les "introns" sont des portions de gènes copiées dans l'ARN, puis éliminées, sans fonction apparente dans de multiples situations. Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Jacques Monod, révèlent les mécanismes par lesquels ces séquences s'opposent à la formation d'hybrides ARN-ADN, ou "R-loops", des structures génotoxiques qui mettent en péril la stabilité 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 molécules...). Cette étude a été publiée le 27 juillet 2017 dans la revue Molecular Cell.


Figure: Sur un gène sans intron (gauche), l'ARN messager synthétisé par l'ARN polymérase II peut prendre la place de l'un des brins de la double hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme d'hélice est dit hélicoïdal.) d'ADN, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par son...) sur le gène une "R-loop", source d'instabilité génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.). Sur un gène comprenant un ou plusieurs introns (droite), ce phénomène est atténué par le recrutement des facteurs d'épissages par ces séquences.
© Benoit Palancade

Les progrès considérables dans le déchiffrage du contenu des génomes au cours des deux dernières décennies ont notamment permis de révéler l'existence de multiples séquences d'ADN non codant, aux rôles souvent mystérieux. Parmi elles, les "introns" sont des portions de gènes transcrites dans l'ARN, puis éliminées par un processus appelé épissage, et donc absentes de l'ARN mature. A la suite de leur identification dans les années 1970, la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) a cherché à déterminer les fonctions de ces séquences, présentes dans la majorité des gènes chez la plupart des espèces formées de cellules comportant un noyau (ou eucaryotes). Cependant, si les introns peuvent contribuer à différents aspects de la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) de l'expression génétique, leur présence ne semble pas requise dans de nombreuses situations où ils ont pourtant été conservés par l'évolution.

C'est sur ce paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore,...) que s'est penchée une équipe internationale menée par Benoit Palancade à l'Institut Jacques Monod et impliquant des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Lisbonne (Portugal), du Centre de Recherches en Cancérologie (L'oncologie ou carcinologie ou cancérologie est la spécialité médicale d'étude, de diagnostic et de traitement des cancers. Un médecin...) de Marseille, et 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...) (Paris). Leurs travaux révèlent que la présence d'introns dans les génomes eucaryotes les protège de l'instabilité génétique. La synthèse des ARN, indispensable au fonctionnement cellulaire, peut en effet s'avérer délétère pour la stabilité du génome, notamment par la formation d'hybrides ARN-ADN, ou "R-loops", dont la présence entraine l'apparition de dommages dans le matériel génétique (voir schéma, panneau de gauche).

Dans cette étude, les chercheurs ont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord tiré parti de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) génomiques pour analyser la présence de R-loops et de dommages à l'ADN dans les gènes de deux espèces évolutivement distantes, la levure (Une levure est un champignon unicellulaire apte à provoquer la fermentation des matières organiques animales ou végétales. Les levures sont employées pour la fabrication du vin, de la bière, des...) S. cerevisiae et l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme »....), et montré que ces lésions génétiques s'accumulent préférentiellement sur les gènes dépourvus d'introns. Les chercheurs ont ensuite directement modifié le contenu en introns de gènes modèles afin d'évaluer les conséquences sur la stabilité génétique. Ainsi, ils ont pu établir que l'élimination d'introns naturels entraine une accumulation de R-loops sur les gènes affectés, alors que l'insertion d'introns dans des gènes n'en comprenant pas naturellement atténue la formation de ces structures ainsi que des dommages à l'ADN associés.

Comment la présence de ces séquences non codantes s'oppose-t-elle à l'hybridation de l'ARN sur son ADN matrice et diminue ainsi l'incidence de ces structures génotoxiques ? Les chercheurs ont notamment exploré la possibilité que le recrutement sur les introns des facteurs impliqués dans leur épissage puisse directement s'opposer à la formation des R-loops. En insérant en place d'un intron différentes séquences capables de s'épisser et/ou de s'associer à des protéines, ils ont ainsi pu démontrer que c'est la liaison de protéines sur l'ARN qui s'oppose de manière critique à la formation des hybrides ARN-ADN (voir schéma, panneau de droite). L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de ces travaux permet donc d'attribuer une nouvelle fonction aux introns dans la protection contre ces structures délétères, et améliore ainsi notre connaissance des mécanismes universels qui permettent de coordonner l'expression des gènes avec le maintien de la stabilité du génome.

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Source: CNRS-INSB