L’interaction entre l’acide ribonucléique (ARN) et les protéines est non seulement importante pour maintenir l’homéostasie cellulaire, mais est également au cœur de la lutte acharnée entre le virus et l’hôte. À ce jour, il n’existe aucune méthode permettant de cartographier de manière globale et impartiale les interactions directes de régions d’ARN individuelles sans nécessiter de modification génétique de l’ARN ou de la cellule cible. Des chercheurs de l’Institut Helmholtz de recherche sur les infections à base d’ARN (HIRI) à Würzburg et du Broad Institute du MIT et de Harvard aux États-Unis ont développé un outil révolutionnaire qui surmonte cette limitation. Leurs résultats ont été récemment publiés dans la revue Recherche sur les acides nucléiques.
Lorsque des virus à ARN, y compris le coronavirus SARS-CoV-2, infectent nos cellules, ils utilisent des éléments régulateurs de l’ARN pour recruter des protéines du virus et de l’hôte afin de mener à bien leur propre programme d’expression génique et permettre la production d’une descendance virale. Comprendre les interactions des ARN viraux et des éléments régulateurs qu’ils contiennent constitue donc la première étape vers l’identification des vulnérabilités du processus de réplication virale et la facilitation du développement rationnel de nouveaux médicaments antiviraux.
La méthode
Des chercheurs de l’Institut Helmholtz de recherche sur les infections à ARN (HIRI) à Würzburg, en collaboration avec le Broad Institute du MIT et de Harvard aux États-Unis, ont récemment développé une nouvelle méthode qui, pour la première fois, permet de découvrir des interactions au sein de cellules spécifiques. régions au sein d’une molécule d’ARN cible. Utilisant la spectrométrie de masse, la technique appelée SHIFTR permet la cartographie impartiale et complète des protéines qui interagissent avec une séquence d’ARN spécifique – dans des cellules vivantes et sans modification génétique.
« Jusqu’à présent, il n’a pas été possible d’étudier l’interaction entre les protéines et les régions individuelles d’ARN dans les cellules vivantes sans manipulation génétique, par exemple en ajoutant des séquences d’étiquettes à l’ARN cible. Notre méthode appelée SHIFTR offre enfin cela et est simple. ” “Au-delà de la résolution régionale, SHIFTR nécessite également des ordres de grandeur de moins de matériel d’entrée par rapport à l’état de l’art, est hautement évolutif et rentable”, explique Mathias Munschauer, qui dirige un groupe de recherche de l’Institut Helmholtz de Würzburg, un site du Centre Helmholtz de Braunschweig pour la recherche sur les infections (HZI) en coopération avec l’Université Julius Maximilians (JMU) de Würzburg.
“Grâce à ce nouvel outil, nous pouvons déterminer les interactions de pratiquement tous les ARN cellulaires et de chaque élément régulateur au sein de ces ARN”, explique Jens Aydin, doctorant dans le groupe de recherche de Mathias Munschauer et premier auteur de l’étude. Recherche sur les acides nucléiques. “Cela peut changer fondamentalement la façon dont nous regardons l’ARN dans la cellule – une étape cruciale”, ajoute Munschauer.
Focus sur le SRAS-CoV-2
Grâce à la nouvelle méthode, l’équipe de recherche a pu élucider davantage le processus de réplication du SRAS-CoV-2. Les scientifiques ont examiné séparément différentes régions de séquence au sein des ARN authentiques du SRAS-CoV-2 produits pendant l’infection et ont pu interroger pour la première fois les régions terminales 5′ et 3′ de l’ARN viral. Ces régions sont connues pour contenir des éléments régulateurs non traduits qui contrôlent la synthèse des protéines et la stabilité de l’ARN ainsi que la réplication du génome viral. En plus des interactions connues, ils ont découvert des interactions jusqu’alors inconnues avec des protéines liées à la biogenèse des ARN viraux. Certaines de ces interactions récemment découvertes pourraient servir de cibles à des thérapies antivirales innovantes.
À l’avenir, SHIFTR pourra être utilisé pour mieux comprendre comment les transcriptomes cellulaires, l’ensemble des molécules d’ARN d’une cellule, sont régulés en matière de santé et de maladie, révélant potentiellement de nouvelles dépendances réglementaires et cibles médicamenteuses. De plus, les chercheurs peuvent également utiliser la plateforme SHIFTR pour caractériser la façon dont les thérapies à base d’ARN interagissent avec la machinerie régulatrice de la cellule cible, ce qui pourrait éclairer les efforts visant à développer des médicaments à base d’ARN optimisés, tels que les vaccins à ARNm.
financement
L’étude a été financée par le programme Helmholtz Young Investigator Group, le Conseil européen de la recherche (ERC) et le réseau de recherche FOR-COVID. Nora Schmidt a également bénéficié du soutien du programme de bourses à long terme de l’EMBO. La contribution Open Access est financée par l’Association Helmholtz.