Les chercheurs développent des éléments constitutifs d’ARN hautement réactifs pour améliorer la production de puces

Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Vienne a réussi à développer une nouvelle version de composants d’ARN présentant une réactivité chimique et une sensibilité à la lumière plus élevées. Cela peut réduire considérablement le temps de production des puces à ARN destinées à la recherche biotechnologique et médicale. La synthèse chimique de ces puces est désormais deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans la célèbre revue Avancées scientifiques.

L’émergence et l’approbation de produits médicaux à base d’ARN tels que les vaccins à ARNm pendant la pandémie de COVID-19 ont amené la molécule d’ARN aux yeux du public. L’ARN (acide ribonucléique) est un polymère porteur d’informations – un composé chimique composé de sous-unités similaires – mais avec une diversité structurelle et fonctionnelle bien plus grande que l’ADN. Il y a environ 40 ans, une méthode de synthèse chimique de l’ADN et de l’ARN a été développée, dans laquelle n’importe quelle séquence d’éléments constitutifs de l’ADN ou de l’ARN peut être assemblée à l’aide de la chimie des phosphoramidites. L’assemblage d’un acide nucléique À l’aide de ces éléments chimiques spéciaux (phosphoramidites), la chaîne se construit étape par étape. Chaque élément constitutif porte des « groupes protecteurs » chimiques qui empêchent les réactions indésirables et assurent la formation d’un maillon naturel dans la chaîne d’acide nucléique.

Surmonter les défis

Cette méthode chimique est également utilisée dans la production de micropuces (microarrays), où des millions de séquences uniques peuvent être synthétisées et analysées simultanément sur une surface solide de la taille d’un ongle. Bien que les puces à ADN soient déjà largement utilisées, l’adaptation de la technologie aux puces à ARN s’est avérée difficile en raison de la moindre stabilité de l’ARN.

En 2018, l’Université de Vienne a démontré comment produire des puces à ARN haute densité par photolithographie : en positionnant avec précision un faisceau de lumière, des zones de la surface peuvent être préparées pour la fixation du prochain élément constitutif par une réaction photochimique. Bien que ce premier rapport soit une première mondiale et reste inégalé à ce jour, la méthode souffrait de longs délais de production, de faibles rendements et d’une mauvaise stabilité. Cette approche a depuis été considérablement améliorée.

Développement d’une nouvelle génération de blocs de construction d’ARN

Une équipe de l’Institut de chimie inorganique de l’Université de Vienne, en collaboration avec l’Institut Max Mousseron de biomolécules de l’Université de Montpellier (France), a développé une nouvelle version de composants d’ARN avec une réactivité chimique et une sensibilité à la lumière plus élevées. Cette avancée réduit considérablement le temps de production des puces à ARN et rend la synthèse deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les puces à ARN innovantes peuvent être utilisées pour rechercher des millions de candidats ARN à la recherche de séquences précieuses pour un large éventail d’applications.

Fabriquer des puces à ARN avec des molécules d’ARN fonctionnelles était tout simplement irréalisable avec notre configuration précédente, mais avec cette méthode améliorée utilisant le groupe protecteur propionyloxyméthyle (ProM), c’est désormais une réalité.

Jory Lietard, professeur adjoint, Institut de chimie inorganique, Université de Vienne

Comme application directe de ces puces à ARN améliorées, l’article présente une étude des aptamères d’ARN, de petits oligonucléotides qui se lient spécifiquement à une molécule cible. Deux aptamères « lumineux » qui produisent une fluorescence lorsqu’ils sont liés à un colorant ont été sélectionnés, et des milliers de variantes de ces aptamères ont été synthétisées sur puce. Une seule expérience de liaison suffit pour obtenir des données sur toutes les variantes simultanément, ouvrant la voie à l’identification d’aptamères améliorés dotés de meilleures propriétés diagnostiques.

« Les puces à ARN de haute qualité pourraient être particulièrement utiles dans le domaine en croissance rapide du diagnostic moléculaire non invasif. De nouveaux aptamères d’ARN améliorés sont nécessaires de toute urgence, tels que ceux capables de suivre les niveaux d’hormones en temps réel ou de surveiller d’autres marqueurs biologiques directement par la sueur ou la salive », explique Tadija Kekić, doctorante dans le groupe de Jory Lietard.