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L’ARN, à la fois GPS et chef d’orchestre des cellules

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Cette molécule dont on avait fait au départ un simple traducteur de l'ADN remplit bien d'autres rôles. On vient de découvrir qu'il peut réguler des gènes sur plusieurs chromosomes et même s'intégrer dans le système GPS  des cellules...

Le code homéotique à l’œuvre dans l’embryon de souris pour fabriquer la colonne vertébrale. Selon l’endroit, les gènes Hox exprimés diffèrent. © Sophie Remacle, UCL

Encore une nouvelle découverte sur l'ARN... Depuis quelques années, cette molécule n'en finit pas de surprendre les chercheurs ! A l'université de Stanford, une équipe de généticiens et de dermatologues vient de trouver un nouveau rôle à une race particulière d'ARN, appelée « non codant » (ARN-nc). Ces ARN ne servent pas à fabriquer des protéines, comme les ARN messagers connus depuis des lustres. Leur fonction, assez mystérieuse, concerne manifestement le contrôle des gènes. Grâce à eux, certains gènes s'expriment, d'autres non.

Cette étude américaine démontre que la régulation par un ARN-nc peut porter sur de vastes portions du génome disséminées sur plusieurs chromosomes, contrairement à ce que l'on pensait jusqu'ici. Les implications sont vastes, en recherche fondamentale, mais aussi pour la lutte contre le cancer et la culture de cellules souches.

Les chercheurs ont travaillé sur des cellules de la peau humaine, des fibroblastes, et se sont penchés sur l'expression des gènes Hox, dits homéotiques. Chez les Vertébrés, il en existe quatre groupes, notés de A à D. Depuis longtemps, on sait que leur fonction est celle d'un GPS, indiquant à la cellule dans quel endroit du corps elle se trouve. Pendant la formation de l'embryon par exemple, on observe que ces gènes s'expriment par vagues successives et différemment le long d'un axe avant-arrière, ce qui explique notamment la formation de la colonne vertébrale.

A l'aide de sondes moléculaires, les chercheurs ont pu analyser assez précisément la composition de ces gènes Hox (c'est-à-dire la séquence de leurs nucléotides). « C'est comme zoomer sur une maison depuis une image satellite avec Google Earth, s'émerveille John Rinn, l'un des auteurs de l'étude. Cela nous donne une vue réelle de ce qui se passe au niveau du chromosome. »

Régulation à distance

L'équipe a ainsi mis en évidence des gènes codant pour un grand nombre d'ARN-nc (231 !) jusque-là inconnus. Elle a aussi repéré des zones où s'accrochent les protéines (des histones) qui viennent étouffer l'expression des gènes voisins. Au sein de ces mécanismes de régulation, la surprise est venue d'un des gènes des régions Hox, baptisé Hoxair. Installé sur le chromosome numéro 12 au milieu de l'ensemble Hox C, il réprime l'action des gènes inclus du groupe Hox D, installés, eux, sur le chromosome 2. Du jamais vu pour des généticiens...

Cette régulation à distance, d'un chromosome par un autre, explique mieux la fonction de GPS des gènes Hox. Les ARN-nc y participent activement et peuvent empêcher l'expression d'un grand nombre de gènes, peut-être dans l'ensemble de tous les chromosomes de la cellule. Selon l'endroit où elle se situe, cette cellule utilisera des gènes différents.

Avec ces résultats, on peut déjà espérer mieux comprendre le fonctionnement des cellules normales. Mais les implications concernent aussi le traitement du cancer et l'étude des cellules souches. Ces dernières, indifférenciées, sont capables de devenir des cellules de peau, de muscles ou d'autres tissus. Que le mécanisme de régulation des gènes vienne à s'enrayer et la multiplication de ces cellules peut aboutir à la formation d'une tumeur cancéreuse. De plus, la culture de cellules souches semble aujourd'hui d'un grand intérêt pour réparer des tissus lésés.

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