X- Rôles multiples de l`ARN

X- Rôles multiples de l’ARN
A- L’ARN catalytique
!  Seules les protéines ont une activité catalytique :
idée profondément ancrée en biochimie
!  Arguments
–  Structures tridimensionnelles variées
–  Diversité chaînes latérales
–  è création de sites actifs catalysant des réactions
biochimiques
!  Plusieurs types de réactions catalytiques sont
assurées par des ARNs
!  Ribozyme : terme désignant un ARN ayant une
activité catalytique
Cibles des ribozymes
!  D’autres ont une activité catalytique
intramoléculaire : autocatalytique
!  Certaines activités catalytiques s’exercent sur
des substrats autres que l’ARN
!  C’est l’ARN qui a l’activité catalytique
!  Les protéines interviennent au niveau de
l’efficacité de la réaction
Quelques exemples
!  Enzyme ribonucléase P : ribonucléoprotéine = 1
molécule d’ARN liée à une protéine
–  ARN : catalyse le clivage d’un ARNt (maturation)
–  Protéine : rôle indirect (augmente la vitesse de
réaction)
Quelques exemples (2)
!  Introns capables de s’exciser eux-même du préARNm : auto-épissage
–  Protéines : rôle auxiliaire
X- Quelques d’éléments d’information
sur les ARNs
B- Interférence par l’ARN (RNAi)
Définition
!  Système cellulaire spécialisé dans la
dégradation des molécules d’ARN étrangers
(ARN double brin)
!  Eucaryotes
Espèces concernées
!  Très variées : organismes monocellulaires
(levures), plantes, souris, humains probablement
Rôles
!  Plantes : protection des cellules contre des virus
à ARN
!  Autres organismes : protection contre la
prolifération des rétrotransposons (réplication
par des intermédiaires ARNs double brin)
Mécanismes
!  Présence d’ARN double brin libres è attraction
d’un complexe protéique :
–  ARN nucléase
–  ARN hélicase
!   Complexe è clivage ARN double brin è petits
fragments d’environ 23 paires de nucléotides
Mécanismes (2)
!   Fragments restent associés au complexe èle
dirigent vers d’autres molécules d’ARN simple
ou double brin ayant des séquences
complémentaires avec ces fragments è
dégradation de ces ARN
!   Fragments de 23 paires de nucléotides peuvent
être amplifiés par une ARN polymérase è
transmission aux cellules filles
!   Si ARN étranger a des séquences
complémentaires avec gènes cellulaires è des
ARNm cellulaires vont aussi être dégradés par
cette voie
!  Mécanisme post-transcriptionnel potentiel de
régulation de l’expression des gènes
XI- Quelques éléments de la biologie
moléculaire des virus
Définition (rappel)
!  Particules minuscules qui diffèrent des
procaryotes et des eucaryotes par:
•  Une absence de structure cellulaire propreè
•  Nécessité d’infecter une cellule hôte pour se reproduire
!  L’agent infectieux est un virion = 1 génome
encapsulé dans une paroi protéique
Leur génome
!  Acides nucléiques
–  ADN
–  ARN
!  Molécules double brin ou simple brin
La réplication
!  Les détails du mécanisme utilisé pour la
réplication varient suivant les systèmes viraux
!  Mais le principe reste le même :
–  Synthèse de brin complémentaire
La réplication (2)
!  Génome ADN ou ARN double brin
–  Chaque brin du duplex sert de matrice pour la
synthèse d’un nouveau brin complémentaire
La réplication (3)
!  Génome ADN ou ARN simple brin
–  Le brin sert de matrice pour la synthèse d’un
nouveau brin complémentaire qui à son tour sert de
matrice pour synthétiser son complément = identique
au génome départ
La réplication (4)
!  Hérédité virale :
–  Même caractéristiques que les organismes vivants
–  Portée par les gènes
–  Propriétés des gènes viraux identiques
Expression
!   Quelque soit la forme du génome, l’acide nucléique
code:
–  la ou les protéines nécessaires pour empaqueter le génome
–  D’autres fonctions que celles fournies par la cellule-hôte
è Reproduction du virus pendant son cycle infectieux
Expression (2)
!   Les virus varient dans leur complexité et dans leurs
effets sur la cellule infectée (mort, latence,
transformation,…)
!   Mais, dans tous les cas, l’infection de la cellule hôte
produit des particules virales filles, identiques à celles
qui sont à l’origine de l’infection
La transformation
!  Caractérise le fait qu’une cellule ne soit plus
soumise aux contraintes normales de croissance
La transformation
!  Par exemple, elles deviennent indépendantes
des facteurs nécessaires à la croissance
cellulaire
!  A l’origine du développement des tumeurs
Une cellule tumorale ou transformée
!  Se distingue d’une cellule normale par :
–  son immortalité
–  sa morphologie particulière
–  sa capacité à former des métastases
(envahissement de tissus normaux è colonies à
distance de son tissu d’origine)
La transformation
!  Peut être spontanée
!  Peut être provoquée :
–  par certains agents chimiques
–  par une infection par des virus tumoraux
Les virus tumoraux
!  Nombreuses classes
!  À ADN ou à ARN
!  Largement répandus chez les eucaryotes
supérieurs
Les virus tumoraux (2)
!  Leur activité transformante est due à un ou
plusieurs gènes spécifiques portés par le
génome viral : oncogènes
!  Oncogènes : gènes capables de transformer des
cellules en un état tumorigène ou oncogène
Les virus tumoraux (3)
!  Les virus tumoraux, par leurs oncogènes,
activent les propriétés de croissance de la cellule
cible
Les virus tumoraux (4)
!  Certains oncogènes viraux ont un équivalent
cellulaire : les proto-oncogènes cellulaires
!  Les proto-oncogènes cellulaires sont impliqués
dans le fonctionnement normal de la cellule (ex :
gènes des facteurs de croissance,…)
Les virus tumoraux (5)
!  Dans ce cas, les oncogènes viraux
correspondent à des versions mutées des protooncogènes (gène de fusion,…) ou à des formes
activées
!  Virus tumoraux à ARN
Les virus tumoraux (6)
!  Dans d’autres cas, les oncogènes viraux n’ont
pas d’équivalents cellulaires
!  Ils agissent en inhibant l’activité de gènes
cellulaires impliqués dans la suppression des
tumeurs
!   Virus tumoraux à ADN
Les virus
!   L’étude des virus tumoraux a contribué à mieux
comprendre :
–  les mécanismes de l’oncogenèse
–  les mécanismes de la croissance cellulaire
–  le rôle de certains facteurs de transcription qui sont des
oncoprotéines nucléaires
XII- Les formes inhabituelles de
transmission d’information
A- Les viroïdes
Les viroïdes
!  Agents infectieux responsables de maladies
chez les végétaux supérieurs
!  C’est une molécule circulaire d’ARN libre de
250 à 375 bases (sans protéine) qui est l’agent
infectieux è réplication autonome dans la
cellule infectée
Les viroïdes (2)
!  Cet ARN ne semble pas traduit en protéines
!  Mécanismes de conservation ?
!  Mode d’action dans la cellule
XII- Les formes inhabituelles de
transmission d’information
B- Les agents transmissibles non
conventionnels : Les prions
Les prions
!   Cause des maladies neurologiques de type encéphalopathies
spongiformes subaiguës transmissibles (ESST)
!   Décrites pour la première fois chez l’homme par Creutzfeld et
Jackob (1920-1921) : aspect spongiforme du cerveau
!   1982 : L’agent infectieux ne contient pas d’acides nucléiques. Il
est conservé dans des fractions purifiées protéiques
!   Le seul composant est une protéine appelée prion (Protein
Infection = particule infectieuse protéique)
!   Maladie génétique et infectieuse
La protéine normale ou PrP
!  La forme normale de la protéine existe à l’état
naturel dans le cerveau sain et est codée par un
gène cellulaire, situé sur le chromosome 20
!  Retrouvée à la surface des cellules : PrPc
!  Prédomine à la surface des neurones
!  Elle est dégradée par les protéases
!  Rôle mal connu : fonctionnement synaptique,
transmission des signaux dans la cellule?
La protéine Prion (PrPsc, PrPres) ou
forme anormale
!  Dans le cerveau malade : la protéine est
modifiée
!  Elle est l’agent infectieux responsable de la
maladie
!  Changement de structure secondaire et tertiaire
de la protéine
!   Le mécanisme exact qui fait qu'une protéine normale se
replie anormalement est encore inconnu. Cependant,
différentes hypothèses ont été proposées.
!   La théorie la mieux acceptée actuellement est celle qui
fait intervenir une interaction protéine/protéine au cours
de laquelle le contact de la mauvaise forme PrPsc
induirait le changement de structure 3D de la protéine
normale PrPc en PrPsc.
La protéine Prion (PrPsc, PrPres) ou
forme anormale (2)
!  Résistante :
–  À l'exposition à des températures > à 120° (attention
ceci est important pour les problèmes de stérilisation
du matériel médical par exemple)
- aux UV et aux radiations
- aux nucléases
- aux protéases
- au formol.
Les encéphalopathies spongiformes
!  sont précédées d'une phase cliniquement
silencieuse (qui peut durée jusqu'à 35 ans).
!  L'évolution, une fois la maladie déclarée, est
assez rapide et conduit toujours vers la mort.
Conclusion générale
Présent –futur en médecine
!  Thérapie génique
!  Compréhension des mécanismes des maladies
!  Séquençage du génome humain : régulation
expression des gènes, compréhension du rôle
des régions non codantes