Le mécanisme caché de la création des gènes

Des chercheurs de l'Université d'Helsinki ont découvert un mécanisme qui génère une naissance instantanée ADN homologues, ce qui pourrait conduire à la création de nouveaux gènes de microARN à partir de séquences d’ADN non codantes. Cette découverte a été faite en étudiant les erreurs de réplication de l'ADN et leurs effets sur celle-ci. ARN Les structures moléculaires fournissent de nouvelles informations sur les origines des gènes.

La complexité des organismes vivants est codée dans leurs gènes, mais d’où viennent ces gènes ? Des chercheurs de l'Université d'Helsinki ont résolu des questions en suspens sur l'origine des petits gènes régulateurs et ont décrit le mécanisme qui crée leur homologie d'ADN. Dans de bonnes conditions, ces homologues se transforment en gènes microARN.

Gènes et protéines : les éléments constitutifs de la vie

Le génome humain contient env. 20 000 gènes sont utilisés pour construire des protéines. Les actions de ces gènes classiques sont coordonnées par des milliers de gènes régulateurs, dont le plus petit code pour des molécules de microARN mesurant 22 paires de bases. Bien que le nombre de gènes reste relativement constant, de nouveaux gènes apparaissent parfois au cours de l'évolution. Tout comme l’origine de la vie biologique, l’origine des nouveaux gènes continue de fasciner les scientifiques.

Résolvez le puzzle alterné

Toutes les molécules d’ARN nécessitent des ensembles alternés de bases qui verrouillent la molécule dans sa forme fonctionnelle. Il est important de noter que les chances que des mutations de bases aléatoires forment de telles voies progressivement alternées sont très faibles, même pour de simples gènes de microARN. L’origine de ces séquences alternées a donc intrigué les chercheurs. Des experts de l’Institut de biotechnologie de l’Université d’Helsinki en Finlande ont résolu cette énigme en décrivant un mécanisme capable de générer instantanément des homologues complets de l’ADN, créant ainsi de nouveaux gènes de microARN à partir de séquences d’ADN auparavant non codantes.

Aperçu de la réplication de l'ADN

Dans le cadre d'un projet financé par l'Académie de Finlande, des chercheurs ont étudié les erreurs de réplication de l'ADN. Ari Luitinoja, le chef du projet, compare la réplication de l'ADN à l'impression de texte.

« L'ADN est copié une base à la fois, et les mutations sont généralement des bases erronées, comme des frappes errantes sur le clavier d'un ordinateur portable. Nous avons étudié un mécanisme qui conduit à des erreurs plus importantes, comme copier et coller du texte à partir d'un autre contexte. Nous étions particulièrement intéressés. lorsque vous avez copié le texte à l'envers pour créer un texte symétrique.

Les chercheurs ont étudié le mécanisme d’erreur dans la réplication de l’ADN et ont observé que certaines erreurs créent des homologues pouvant se transformer en structures en épingle à cheveux. Crédit : Ari Löytynoja

Structures d'ARN et erreurs d'ADN.

Les chercheurs ont réalisé que les erreurs de réplication de l’ADN peuvent parfois être bénéfiques. Ils ont décrit ces découvertes à Mikko Freelander, un expert en biologie de l'ARN. Il a immédiatement vu le lien avec la structure des molécules d’ARN.

« Dans la molécule d'ARN, les bases des homologues adjacents peuvent s'apparier et former des structures en forme d'épingle à cheveux. De telles structures sont essentielles au fonctionnement des molécules d'ARN », explique-t-il.

Les chercheurs ont décidé de se concentrer sur les gènes des microARN en raison de leur structure simple : les gènes sont très courts – quelques dizaines de bases seulement – ​​et ils doivent se replier en une structure en épingle à cheveux pour fonctionner correctement.

L’idée centrale était de modéliser l’histoire des gènes à l’aide d’un algorithme informatique personnalisé. Selon la chercheuse postdoctorale Helle Monteinen, cela permet à ce jour d’examiner de la manière la plus précise l’origine des gènes.

« Les génomes complets de dizaines de primates et de mammifères sont connus. La comparaison de leurs génomes révèle lesquels Classer Il possède une paire palindrome de microARN, qui lui manque. « Grâce à une modélisation détaillée de l'histoire, nous pouvons voir que des homologues complets sont créés par des événements de mutation uniques », explique Montinen.

L’idée de base était de modéliser l’histoire des gènes à l’aide d’informations provenant d’espèces apparentées. La modélisation a montré que les homologues des gènes de microARN sont générés par des événements de mutation uniques. Crédit : Ari Löytynoja

Archéologie et cosmopolitisme

En se concentrant sur les humains et d’autres primates, les chercheurs d’Helsinki ont démontré que le mécanisme nouvellement découvert pourrait expliquer au moins un quart des nouveaux gènes de microARN. Puisque des cas similaires ont été trouvés dans d’autres lignées évolutives, le mécanisme d’origine semble universel.

En principe, l’émergence de gènes de microARN est si simple que de nouveaux gènes peuvent affecter la santé humaine. Helle Montinen voit l'importance de travailler à plus grande échelle, par exemple pour comprendre les principes de base de la vie biologique.

« L'émergence de nouveaux gènes à partir de rien a stupéfié les chercheurs. Nous disposons désormais d'un modèle élégant pour l'évolution des gènes d'ARN. »

Bien que les résultats soient basés sur de petits gènes régulateurs, les chercheurs pensent qu’ils peuvent être généralisés à d’autres gènes et molécules d’ARN. Par exemple, en utilisant les matières premières générées par le mécanisme nouvellement découvert, la sélection naturelle peut créer des structures et des fonctions d'ARN plus complexes.

L'étude a été publiée dans Avec des gens.

Référence : « Génération de novo de miARN à partir de la commutation de modèles pendant la réplication de l'ADN » par Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander et Ari Löytynoja, 29 novembre 2023, Actes de l'Académie nationale des sciences.
est ce que je: 10.1073/pnas.2310752120