Une nouvelle méthode élargit le monde des petits ARN

Une équipe dirigée par un scientifique biomédical de l’Université de Californie à Riverside a mis au point une nouvelle méthode de séquençage d’ARN – «Affichage panoramique de l’ARN en surmontant le séquençage interrompu de modification de l’ARN» ou PANDORA-seq – qui peut aider à découvrir de nombreux petits ARN modifiés étaient auparavant indétectables.

L’ARN joue un rôle central dans le décodage de l’information génétique dans l’ADN pour soutenir la vie d’un organisme. Elle est généralement connue sous le nom de molécule intermédiaire utilisée pour synthétiser des protéines à partir d’ADN. Les cellules sont pleines de molécules d’ARN sous des formes complexes et diverses, deux types principaux étant l’ARN ribosomal ou l’ARNr; et transférer l’ARN ou l’ARNt; qui sont impliqués dans la synthèse des protéines.

Les petits ARN jouent un rôle essentiel dans la santé et les maladies, notamment le cancer, le diabète, les maladies neurologiques et l’infertilité. Des exemples de petits ARN sont les microARN; ARN interagissant avec piwi, ou ARNi pi; et petit ARN dérivé d’ARNt, ou tsRNA. Les petits ARN peuvent être modifiés par des groupes chimiques et ainsi acquérir de nouvelles fonctions.

Le développement de technologies de séquençage d’ARN à haut débit – utiles pour examiner la quantité et les séquences d’ARN dans un échantillon biologique – a découvert un répertoire en expansion de petites populations d’ARN qui affinent l’expression des gènes et protègent les génomes.

«PANDORA-seq peut être largement utilisé pour profiler de petits paysages d’ARN dans diverses conditions physiologiques et pathologiques afin de faciliter la découverte de petits ARN régulateurs clés impliqués dans ces conditions», a déclaré Qi Chen, professeur adjoint de sciences biomédicales à l’École de médecine UCR , qui a dirigé l’étude publiée aujourd’hui dans Nature Cell Biology. «Les petits ARN modifiés portent une« cape d’invisibilité »qui les empêche d’être détectés par les méthodes traditionnelles de séquençage d’ARN. Combien y a-t-il de tels ARN modifiés? Quelle est l’origine de leurs séquences? Et quelle est exactement leur fonction biologique? Ce sont des questions auxquelles PANDORA-seq pourra peut-être répondre. »

PANDORA-seq utilise un traitement enzymatique par étapes pour éliminer les modifications clés de l’ARN, qui enlève ensuite la cape d’invisibilité utilisée par les petits ARN modifiés.

«PANDORA-seq a ouvert la boîte de Pandore de petits ARN», a déclaré Tong Zhou, bioinformaticien à l’Université du Nevada, Reno School of Medicine et co-auteur de l’étude. «Nous pouvons maintenant danser avec ces partenaires autrefois invisibles dans la salle de bal RNA.»

Selon Chen, PANDORA-seq découvre un paysage surprenant de petits ARN dominé par les tsRNA et les petits ARN dérivés d’ARNr, ou rsRNA, plutôt que des microARN, qui étaient auparavant considérés comme dominant de nombreux tissus et cellules de mammifères.

«Avec PANDORA-seq, nous avons trouvé une dynamique microARN / tsRNA / rsRNA sans précédent lorsque les cellules somatiques sont reprogrammées en cellules souches pluripotentes induites, qui sont générées par des cellules adultes et ont des propriétés similaires à celles des cellules souches embryonnaires, ce qui les rend capables de se différencier en tout types de cellules du corps », a déclaré Sihem Cheloufi, professeur adjoint de biochimie à l’UCR et co-auteur de l’article. «Certains tsRNA et rsRNA peuvent avoir un impact sur la synthèse des protéines et même affecter la différenciation de la lignée des cellules souches embryonnaires dans les cellules souches embryonnaires.»

Chen a expliqué que les classes actuelles les mieux étudiées de petits ARN chez les mammifères sont les microARN, qui sont abondants dans les cellules somatiques de mammifères et contrôlent le type et la quantité de protéines produites par les cellules; et les piARN, qui sont principalement exprimés dans les testicules et modulent le développement des cellules germinales.

«Actuellement, ces petits ARN peuvent être profilés de manière exhaustive par des méthodes à haut débit telles que le séquençage de l’ARN», a-t-il déclaré. «Cependant, les petits protocoles de séquençage d’ARN largement utilisés ont des limitations intrinsèques, qui empêchent certains petits ARN non codants modifiés d’être détectés pendant le séquençage d’ARN. PANDORA-seq surmonte ces limites. »

Junchao Shi, étudiant au doctorat travaillant dans le laboratoire de Chen et premier auteur du document de recherche, est enthousiasmé par l’utilisation de PANDORA-seq.

«La nouvelle méthode pourrait révolutionner la vision des petits paysages d’ARN», a-t-il déclaré. « Franchement, toutes les études précédentes utilisant le séquençage traditionnel de l’ARN devront peut-être maintenant être revues. »

Cheloufi a déclaré que l’équipe souhaitait maintenant comprendre comment les tsRNA / rsRNA sont générés, comment ils fonctionnent dans les cellules souches et comment ils orchestrent les décisions relatives au sort des cellules au cours du développement.

«Les réponses à ces questions sont opportunes pour développer des outils de diagnostic, identifier des cibles thérapeutiques et faire progresser la médecine régénérative», a-t-elle déclaré.

En développant PANDORA-seq, Chen s’est rappelé la parabole des aveugles et de l’éléphant, qui enseigne que la vérité n’est révélée que lorsque diverses parties se réunissent.

«Nous oublions parfois la situation dans son ensemble, étant concentrés sur une petite partie seulement», a-t-il déclaré. «Peut-être que le seul moyen d’arriver à la vérité totale – la vue d’ensemble – est de repousser nos limites de la connaissance et de confirmer la vérité révélée avec une technologie nouvellement conçue.»

Chen, Cheloufi, Shi et Zhou ont été rejoints dans la recherche par des scientifiques de diverses institutions aux États-Unis, au Royaume-Uni et en Chine.

Chen et Cheloufi ont été financés par les National Institutes of Health et les fonds de démarrage UCR.

Le titre de l’article est «PANDORA-seq élargit le répertoire des petits ARN régulateurs en surmontant les modifications de l’ARN.»

Crédit d’image d’en-tête: Sam Williams.