Acides nucléiques
ARN
Modifications des ARNt et des ARNr

Sommaire

Biochimie
1. Chimie organique
2. Bioénergétique
3. Composition de la matière vivante
  1. Composés organiques
    1. Protides
    2. Acides nucléiques
      1. Nucléotides
        
        Bases azotées
        
        Pentoses
        
        Nucléosides (base azotée + pentose)
        
        Nucléotides (nucléoside + phosphate)
      2. ADN (acide désoxyribonucléique)
      3. ARN (acide ribonucléique)
        
        Structure de l'ARN
        
        Diversité des ARN
        
        ARN messager (ARNm)
        
        ARN de transfert (ARNt)
        
        ARN ribosomiques (ARNr)
        
        ARN régulateurs et fonctionnels
        
        Maturation des ARN
        
        Épissage des ARN
        
        Édition des ARN
        
        Épitranscriptome
        
        Traduction des ARN
        
        Surveillance des ARN
        
        Dégradation des ARN
      4. Chromatine
    3. Glucides
    4. Lipides
    5. Coenzymes
    6. Hormones
    7. Composés inorganiques
Transport membranaire
Moteurs moléculaires
Voies de signalisation

Les ARN de transfert (ARNt) et les ARN ribosomiques (ARNr) subissent de nombreuses modifications chimiques indispensables à leur maturation, à leur stabilité et à leur fonctionnement.

Bases azotées et nucléosides
(Figure : vetopsy.fr)

Vue d'ensemble des modifications des ARNt et des ARNr

1. Les ARN de transfert (ARNt) et les ARN ribosomiques (ARNr) sont les molécules d'ARN les plus fortement modifiées de la cellule.

a. Plus de 170 modifications chimiques différentes ont été décrites chez l'ensemble du vivant, la grande majorité concernant ces deux familles d'ARN (Epitranscriptome: Review of Top 25 Most-Studied RNA Modifications 2022).

b. Ces modifications interviennent principalement au cours de leur maturation où elles participent :

au repliement des molécules,
à leur stabilité,
à leurs interactions avec les protéines,
à leur activité biologique.

c. Elles contribuent ainsi au bon déroulement de la traduction.

2. L'ensemble des modifications chimiques portées par les ARN constitue l'épitranscriptome, terme utilisé ici dans son acception la plus large.

Toutefois, les recherches actuelles en épitranscriptomique portent principalement sur les modifications des ARN messagers (ARNm), qui jouent un rôle majeur dans la régulation post-transcriptionnelle de l'expression génique ( loupe épitranscriptome).

Modifications des ARNt

Les ARN de transfert (ARNt) possèdent la plus grande diversité de modifications chimiques connues parmi les ARN.

1. Plus de 100 nucléosides modifiés ont été décrits, mais seuls les principaux sont présentés dans le tableau ci-dessous,

Remarque : d'autres, plus rares comme la thréonylcarbamoyladénosine (t⁶A), l'isopentényladénosine (i⁶A), la wybutosine (yW) ou la lysidine (k²C), sont également présentes dans certains ARNt.

2. Les modifications chimiques concernent principalement :

les régions impliquées dans le repliement de la molécule,
la reconnaissance par les aminoacyl-ARNt synthétases,
la fidélité du décodage au niveau du ribosome.

Nucléoside modifié dans les ARNt	Base modifiée	Type de modification	Localisation fréquente	Rôle biologique
Nucléosides puriques
N¹-méthyladénosine (m¹A)	Adénine	Méthylation (azote N¹)	Boucle D ou bras accepteur	Stabilisation de la structure Participation à la reconnaissance
N²,N²-diméthylguanosine (m^2,2G)	Guanine	Diméthylation (azote N²×2)	Position 26	Stabilisation et flexibilité conformationnelle
N⁷-méthylguanosine (m⁷G)		Méthylation (azote N⁷)	Position 46	Stabilisation locale Interaction avec protéines
Queuosine (Q)		Remplacement par une base hypermodifiée	Anticodon (position 34)	Amélioration de la fidélité de décodage (codons NAU/NAC)
Nucléosides pyrimidiques
5-méthylcytidine (m⁵C)	Cytosine	Méthylation (carbone C⁵)	Diverses positions	Stabilisation structurale Modulation locale de la conformation de l'ARN
Pseudouridine (Ψ)	Uracile	Isomérisation (C–C au ribose au lieu de N–C)	Boucle TΨC	Stabilisation de la structure tertiaire de l'ARNt
Dihydrouridine		Réduction (pyrimidine saturée)	Boucle D	Augmentation de la flexibilité locale de l'ARNt
Ribothymidine (5-méthyluridine ou rT)		Méthylation (carbone C⁵)	Boucle TΨC	Stabilisation et reconnaissance par le ribosome

Modifications des ARNr

Les ARN ribosomiques (ARNr) contiennent de nombreuses modifications chimiques introduites au cours de leur maturation.

Chez les eucaryotes, plusieurs centaines de sites modifiés ont été identifiés, principalement des pseudouridines (Ψ) et des ribonucléosides méthylés sur le ribose (Nm).

1. Le tableau ci-dessous présente les principales modifications des bases puriques et pyrimidiques.

Remarque : d'autres, moins fréquentes ou limitées à certains organismes ou à quelques sites spécifiques, comme la N¹-méthyladénosine (m¹A), la N⁴-acétylcytidine (ac⁴C) ou la N³-méthylpseudouridine (m³Ψ), sont également présentes dans certains ARNr.

2. Les modifications des ARNr sont principalement introduites au cours de la ribogenèse par des complexes snoRNP ou par des enzymes spécifiques.

Elles contribuent :

au repliement des ARNr,
à la stabilité des sous-unités ribosomiques,
au bon déroulement de la traduction.

Nucléoside modifié dans les ARNr	Base modifiée	Type de modification	Localisation fréquente	Rôle biologique
Nucléosides puriques
N⁶-méthyladénosine (m⁶A)	Adénine	Méthylation (azote N⁶⁾	Sites conservés	Repliement Fonction de l'ARNr
N²-méthylguanosine (m²G)	Guanine	Méthylation (azote N²)	Sites spécifiques	Influence la structure locale
Nucléosides pyrimidiques
5-méthylcytidine (m⁵C)	Cytosine	Méthylation (carbone C⁵)	Sites spécifiques	Stabilisation structurelle
Pseudouridine (Ψ)	Uracile	Isomérisation (C–C au lieu de N–C)	Sites conservés	Stabilisation de la structure tertiaire Fonction catalytique
Modifications du ribose
2′-O-méthylribose (Nm)	Base variable	Méthylation du ribose en position 2′-OH	Nombreux sites spécifiques	Protection contre l'hydrolyse Stabilisation de l'ARNr Optimisation biogenèse et fonctionnement du ribosome

Épitranscriptome des ARNm

Les modifications chimiques des ARN ne concernent pas uniquement les ARN de transfert (ARNt) et les ARN ribosomiques (ARNr).

Les ARN messagers (ARNm) portent également plusieurs modifications , dont la plus étudiée est la N⁶-méthyladénosine ou m⁶A ( loupe épitranscriptome)

Contrairement aux modifications des ARNt et des ARNr, principalement impliquées dans leur maturation et leur fonctionnement, celles des ARNm participent essentiellement à la régulation post-transcriptionnelle de l'expression des gènes en modulant notamment leur stabilité, leur traduction et leur dégradation.