Acides nucléiques
ARN : vue d'ensemble

Contrairement à l’ADN, principalement spécialisé dans le stockage stable de l’information génétique, l’ARN possède des fonctions plus diversifiées :

• messager,
• adaptateur, composant structural,
• guide moléculaire,
• régulateur de l’expression génique,
• molécule catalytique.

Cette diversité fonctionnelle repose notamment sur les propriétés structurales de l’ARN, liées à la présence du ribose et de l’uracile ainsi qu’à sa capacité à se replier et à former des complexes ribonucléoprotéiques

Structure
générale de l’ARN

L’ARN est constitué de ribonucléosides reliés par des liaisons phosphodiester.

1. L’ARN est le plus souvent simple brin.

• Toutefois, il peut former localement des régions appariées par l’appariement complémentaire des bases azotées, adénine (A) et uracile (U) par 2 liaisons hydrogène (A=U), guanine (G) et cytosine (C) par 3 liaisons hydrogène (C≡G).
• Cette structure double brin donne naissance à des structures secondaires (tiges-boucles, épingles à cheveux) et en structures tertiaires complexes qui permettent l’émergence de fonctions structurales et catalytiques.

2. La présence de ribose et de l'uracile rend la molécule plus instable que l'ADN ( ARN versus ADN).

Diversité des ARN

Les cellules contiennent une grande diversité d’ARN dont les fonctions dépassent largement le rôle de simple intermédiaire entre ADN et protéines.

Leur capacité à porter une information, à se replier, à reconnaître d’autres molécules, à s’associer à des protéines et parfois à catalyser des réactions explique leur place centrale dans :

• la traduction,
• la maturation des ARN (RNA processing),
• la régulation de l’expression génique,
• d’autres fonctions structurales ou catalytiques.

ARN impliqués dans la traduction

Les ARN impliqués dans la traduction assurent le passage de l’information génétique portée par l’ARN messager vers la synthèse des protéines.

1. Ils comprennent notamment :

• les ARN messagers (ARNm), qui portent la séquence codante issue de la transcription,
• les ARN de transfert (ARNt), qui assurent la correspondance entre les codons de l’ARNm et les acides aminés,
• les ARN ribosomiques (ARNr), qui constituent l’ossature structurale et catalytique du ribosome.

2. Ces ARN fonctionnent de manière coordonnée au sein du système de traduction, où l’ARNm est lu par le ribosome tandis que les ARNt apportent les acides aminés nécessaires à l’assemblage de la chaîne polypeptidique.

ARN régulateurs et fonctionnels

ARN impliqués dans la maturation des ARN

Les ARN impliqués dans la maturation des ARN participent à la transformation des transcrits primaires en molécules fonctionnelles.

1. Ils comprennent notamment :

• les snARN, composants du spliceosome impliqués dans l’épissage des pré-ARNm,
• les snoARN, ARN guides qui dirigent certaines modifications chimiques des ARN ribosomiques,
• les scaARN, localisés dans les corps de Cajal, qui participent à la maturation et à la modification des snARN spliceosomaux.

2. Ces ARN fonctionnent généralement au sein de complexes ribonucléoprotéiques capables de reconnaître, positionner ou modifier d’autres ARN.

ARN régulateurs de l’expression génique

Les ARN régulateurs de l’expression génique contrôlent la stabilité, la traduction, la localisation ou la transcription de nombreux ARN et jouent un rôle essentiel dans la modulation de l’expression des gènes.

ARN régulateurs impliqués dans l’interférence par l’ARN (RNAi)

Les ARN impliqués dans l’interférence par l’ARN (RNAi) constituent une classe de petits ARN régulateurs capables de contrôler l’expression génique par appariement avec des ARN cibles.

1. Ils comprennent notamment :

• les microARN (miRNA), qui répriment l’expression de nombreux ARNm par appariement partiel,
• les petits ARN interférents (siRNA), souvent issus d’ARN double brin et impliqués dans l’interférence par l’ARN,
• les ARN associés aux PIWIi (piRNA), associés aux protéines PIWI et spécialisés dans le contrôle des transposons, notamment dans la lignée germinale.

2. Ces petits ARN régulateurs agissent au sein de complexes effecteurs qui utilisent l’appariement de bases pour reconnaître des ARN cibles et provoquer leur dégradation ou leur inhibition traductionnelle.

ARN non codants régulateurs indépendants de l’interférence par l’ARN

D’autres ARN non codants participent également à la régulation de l’expression génique par des mécanismes souvent plus structuraux ou transcriptionnels.

1. Ils comprennent notamment :

• les ARN longs non codants (lncRNA), qui interviennent dans la régulation transcriptionnelle, l’organisation de la chromatine, la structuration nucléaire ou le contrôle post-transcriptionnel,
• les ARN circulaires (circRNA), ARN circulaires pouvant agir comme régulateurs, éponges à miRNA ou, plus rarement, comme matrices traduites,
• les riboswitch, structures régulatrices présentes principalement dans certains ARN messagers bactériens, capables de modifier la conformation de l’ARN en réponse à la liaison directe d’un métabolite, contrôlant ainsi la transcription, la traduction ou la stabilité de l’ARN.

2. Ces petits ARN régulateurs agissent au sein de complexes effecteurs qui utilisent l’appariement de bases pour reconnaître des ARN cibles et provoquer leur dégradation ou leur inhibition traductionnelle.

Autres ARN fonctionnels

Certains ARN non codants remplissent des fonctions particulières qui ne relèvent pas directement de la régulation de l’expression génique.

Ils comprennent notamment :

• les ribozymes, ARN capables de catalyser certaines réactions chimiques.
• les ARN extracellulaires, présents dans les vésicules extracellulaires ou les fluides biologiques et impliqués dans la communication intercellulaire,

Remarque : certains virus possèdent un génome constitué d’ARN, dont l’organisation et les modes d’expression diffèrent de ceux des ARN cellulaires ( ARN viraux).

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