[PDF] Structure et fonction de lARN L'absorption UV des bases à

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Structure et fonction de l'ARN

ARN messagersARN de transfertgénomes viraux à ARNARN régulateurs: micro ARN

autoépissage d'ARN virauxmaturation ARNt par la ribonucléase Pépissosome (snRNA)le ribosomeFonctions génétiques

Fonctions enzymatiques

= ribozymes(Altman, Cech, 1983)Fonctions cellulaires de l'ARN

Hypothèse du "monde ARN»

Self-splicing group II intron

Toor et al, Science 2008Ribonuclease P:tRNA

Reiter et al, Nature 2010

Nature (2000) 407:327Le ribosome est un "ribozyme»

50% de la masse bactérienne...

SteitzYonathRamakrishnan

Prix Nobel de

Chimie, 2009

"Interférence" par l'ARN

MicroARN: petits ARN régulateurs

chez les eucaryotes

FireMello

Prix Nobel de

Médecine, 2006Coupure/inactivation de l'ARNm

Poly "Biologie mol

éculaire, pg 217

Cette structure 3D lui permet d'accomplir des

fonctions catalytiques ou biologiques complexes Des molécules peuvent cibler ces structures d'ARN : antibactériennes, antivirales, antimitotiquesL'ARN peut adopter une structure 3D complexe

Antiobiotiques ciblant l'ARN (le ribosome)

Antiobiotiques ciblant l'ARN

La richesse des structures de l'ARN lui permet de

reconnaître des ligands variés de manière spécifique Un ARN obtenu par évolution dirigée ou "Selex"

Structure de l'ARN

NN

NNHONH2

O OOPO O- O-OPO OHOO OOPO

O-ONNO-NH

NOO O-OPO OO NH2 N NN NNH2 ADNNN

NNHONH2

O OOPO O- O-OPO OHOO OOPO

O-ONNO-NH

NOO O-OPO OO NH2 N NN NNH2 ARNOH OH OH

OHNature chimique de l'ARN

7-methyl guanosineInosinePseudouridineDihydrouridineLes ARN contiennent aussi des bases non-standards

... et beaucoup d'autres

Présence d'un groupement 2'-OH sur le sucre

(au lieu du 2'-H): plus polaire

Remplacement de la thymine par l'uracile

= suppression du groupement 5-CH3 Petites modifications B grands effetsDifférences ARN-ADN C2' endoC3' endoModification de la géométrie localenotion de "plissement" du ribose

Forme A

Forme B2' OHpréféréepar l'ARN

pr

éféréepar l'ADNImpact sur la g

éométrie globale

La modification de géométrieaffecte la taille des sillons

Le petit sillon est

peu marqué

Le grand sillon est

très profond et pincé ADN: insertion élément de structure secondaire (hélice, boucle) dans le grand sillon ADNInteractions ARN:protéines g ADN:protéines

La reconnaissance spécifique d'un

ARN s'effectue souvent via les

zones de structure moins régulière

U-AC-GU•GG-CG-CG-CC-GC-GC-GA-U

G-C AUUU GGGC

GLa protéine se lie dans

une irrégularité de l'héliceInteraction ARN:protéine OO ONH2O NH NN N O P OOO-

CH2H-OH

H OH OO ONH2O NH NN N O P O-O O

OOHCH2OH

B3'-phosphate cyclique

5'-hydroxyleLa présence du 2' hydroxyle rend

la molécule d'ARN chimiquement labile

L'ARN s'autolyse en conditions alcalines

Y G A

P A GC

C UUU AAA

GAuto-coupure

Ribozyme en tête de marteau

Avocado Sunblotch VirusLe groupement 2'OH permet la catalyse de réactions chimiques

Martick, Scott Cell '06

NN

NNHONH2

O OOPO O- O-OPO OHOO OOPO

O-ONNO-NH

NOO O-OPO OO NH2 N NN NNH2 ADNNN

NNHONH2

O OOPO O- O-OPO OHOO OOPO

O-ONNO-NH

NOO O-OPO OO NH2 N NN NNH2 ARNOH OH OH

OHNature chimique de l'ARN

ARN = molécule linéaire courte

ADN long g ARN court

la plupart des ARN sont monobrins

ADN double brin g ARN simple brin

"turnover» plus ou moins rapide ADN pérenne g ARN labileL'ARN est produit par transcription à partir de l'ADNARNm procaryotes:

½ vie moyenne de 3' ARNm eucaryotes:

½ vie plus longue et variable;prot

éines régulatrices quelques minutes; globines 10h!Goldman et al

Nature '13

En plus des 2

appariements canoniques, l'ARN tolère fréquemment des appariements G-U, dits "bancals» (wobble)

A-U et G-C sont

"isostères», tandis que l'appariement G-U provoque une légère distortion du squelette ribose phosphateAppariements de bases

Appariements de bases

En plus des 2

appariements canoniques, l'ARN tolère fréquemment des appariements G-U, dits "bancals» (wobble)

A-U et G-C sont

"isostères», tandis que l'appariement G-U provoque une légère distortion du squelette ribose phosphate

Appariements de bases

En plus des 2

appariements canoniques, l'ARN tolère fréquemment des appariements G-U, dits "bancals» (wobble)

A-U et G-C sont

"isostères», tandis que l'appariement G-U provoque une légère distortion du squelette ribose phosphate

Structure primaire : séquence des nucléotidesStructure secondaire : identification des régions appariées

Structure tertiaire : repliement en 3D et contacts correspondantsStructure secondaire et tertiaire En 1ère approximation, le repliement de l'ARN est "hiérarchique": formation puis assemblage des éléments de structure secondaire ---AGGACUU-----AAGUCCU---Structures secondaires-type Séquences répétées inverséesboucle terminale boucle interne boucle terminaleboucle multiple "enflement" ou "bulge" 5'3'

Structures secondairestype

Dans les prédictions de

structure secondaire, les interactions boucle-boucle seront négligéesSéquences répétées inversées boucle terminale boucle interne boucle terminaleboucle multiple "enflement" ou "bulge" "vrai» noeud La longueur de la région appariée dans la boucle ne peut dépasser

10 à 11 nucléotides.

Sinon, formation d'un noeud topologiquepseudonoeud Lorsqu'une boucle forme un appariement avec une région située à l'extérieur de la tige, on dit que la structure forme un pseudo-noeudPseudonoeuds On trouve localement quelques pseudo-noeuds dans de nombreux ARN naturels ex : Turnip Yellow Mosaic Virus En général, les deux hélices sont empilées et coaxialesPseudonoeuds

Liaisons hydrogène (électrostatique)

Empilement des plateaux de bases : van der Waals

Empilement des plateaux de bases : "effet hydrophobe» (masquage des bases hydrophobes vis à vis du solvant) Solvatation des phosphates (électrostatique)Stabilité des structures Fonction d'énergie: mécanique moléculaire CH2 O CH2 O CH3 N CH C N CH C N CH H H H H

H N O

CCH2CH2CH2NH H HU = liaisons kb (bb0)2 + angles ka (aa0)2 + torsions kt [1 + cos(nt)]

+ ij [ Aij/rij12 Bij/rij6 + qiqj/rij ] .35 -.30 -.35 .25-.55 .55-.55 .55.3.3 -.6 L'absorption UV des bases à 260 nM est plus importante lorsque l'ARN est sous-forme de simple-brin dénaturé (" hypochromicité » de la double-hélice)

B On peut suivre la fusion d'un duplex par spectrophotométrieEvaluation expérimentale de la stabilité

5'AGAUAUCU3'

3'UCUAUAGA5'K =[Duplex]

[Brin]2

Enthalpie libre standard

de formation du duplex

A la température de fusion,

la moitié de l'ARN est sous forme de duplex+R Tfus log(2 [Brin]) = Ho - Tfus So

Conservation de la

quantité d'ARN totale2 [Duplex] + [Brin] = ARNtotal

Tfus =Ho

So + R log(ARNtotal )Evaluation des paramètres de stabilité thermodynamiqueOn n

églige la variationde H

° et S° avec TMesures pour m 2

valeurs de ARNtotal 2 [Brin] [Duplex] Go = - RT logK = Ho - T So

2 [Duplex] = [Brin]

Ghélice ≈  Gempilements individuels

G( ) = Gn+1 GnL'énergie pour former une paire de bases ne dépend que des interactions

entre celle-ci et les deux paires adjacentes (empilement + liaisons H)

Pas d'effets à longue portée

5' 3'A

UGn5'

3'AG

UCGn+1

AG

UCModèle des premiers voisins

Ghélice ≈  Gempilements individuels

G( ) = Gn+1 Gn + constanteL'énergie pour former une paire de bases ne dépend que des interactions

entre celle-ci et les deux paires adjacentes (empilement + liaisons H) Pas d'effets à longue portée séquence-dépendants 5' 3'Aquotesdbs_dbs35.pdfusesText_40

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