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L'ADN peut être considéré comme le "livre de recettes" de la cellule, écrit à l'aide de quatre "lettres" - les molécules de nucléotides. Chaque cellule de notre corps contient de l'ADN avec la même séquence de nucléotides (à quelques exceptions près). Cependant, les tissus de notre corps - muscles, os, peau, etc.. sont très différents les uns des autres dans leur formation et leur fonctionnement.

Comment est-il possible que les cellules de tous les tissus contiennent la même séquence d'ADN mais expriment pour autant des ensembles de gènes et des fonctionnements différents ?

La réponse réside dans la régulation de l'expression des gènes. Il s'agit d'un large éventail de mécanismes qui, ensemble, déterminent les recettes du livre d'ADN qui seront "cuites", c'est-à-dire quels gènes seront exprimés dans chaque cellule en particulier, en quelles quantités, et quand. Bien que ce livre de recettes soit le même dans toutes les cellules, les recettes qui en sont tirées et les modes de cuisson peuvent être très différents.

Le processus d'expression des gènes peut être divisé en quatre grandes étapes : la production, le transfert, la traduction et la décomposition des molécules d'ARN messager (ARNm) - chacune d'entre elles codant pour une protéine unique :

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1. La synthèse et la maturation de l'ARNm : l'ADN est une grande molécule, de près de 2 mètres de long. Dans le processus appelé "transcription", un gène codant pour une protéine (l'une des recettes du livre de cuisine dans notre métaphore) est copié dans une molécule d'ARNm, dont la séquence nucléotidique est dictée par la séquence nucléotidique de l'ADN ; cette molécule porte les instructions pour la construction de la protéine.

2. Le transport de l’ARNm : la cellule est composée d'un noyau qui se situe dans le cytoplasme, un environnement intracellulaire. Les protéines sont produites dans le noyau. Celui-ci peut être considéré comme un "coffre-fort" où est conservé le précieux livre de recettes. Les recettes en sont copiées si nécessaire, mais le livre lui-même n'est jamais sorti du coffre-fort.

3. La traduction de l'ARNm : cette étape est réalisée par le ribosome - la "fabrique de protéines". Le ribosome lit les instructions de l'ARNm (une seule recette) et produit une protéine. Les protéines sont composées d'acides aminés, dont la séquence est dictée par la séquence des nucléotides de l'ARNm ; la séquence des acides aminés détermine la nature et la fonctionnalité de la protéine.  Les protéines remplissent de nombreuses fonctions dans notre corps et sont responsables, en partie, de ce que nous sommes.

4. La décomposition de l'ARNm : comme la plupart des molécules de notre corps, les ARNm sont retournés. Leur dégradation est effectuée par des facteurs qui, comme expliqué en 2003, par le groupe de chercheurs Choder, participent également à la transcription. Ainsi, les processus de synthèse et de décomposition des ARNm sont liés.

"Chaque étape est régulée par un mécanisme sophistiqué, composé de plusieurs dizaines de facteurs dédiés qui exécutent le processus et assurent sa précision", a déclaré le Professeur Choder. J'étais intéressé par la compréhension du mécanisme qui intègre toutes ces étapes dans un système unifié, en essayant d'obtenir une vue d'ensemble. J'ai émis l'hypothèse que, pour être exprimées correctement, toutes les étapes doivent être coordonnées. C'est pour cette raison que je me suis concentré pendant les 15 dernières années sur ce travail d'étude."

Cette recherche, effectuée sur la levure de boulangerie S. cerevisiae, a donné lieu à quelques découvertes spectaculaires, dont celle des coordinateurs de l'ARNm, publiée en 2010 dans la revue Cell. Les coordinateurs se lient à l'ARNm pendant la transcription et l'accompagnent tout au long de sa vie, une vie qui comporte toutes les étapes mentionnées ci-dessus.

"Pour utiliser une analogie musicale, le coordinateur est comme un chef d'orchestre, responsable de la coordination entre les différents instruments, c'est-à-dire les différentes étapes", a poursuivi le Professeur Choder. Une "fausse note" dans l'orchestre, c'est-à-dire une discoordination entre les étapes, peut avoir des conséquences fatales pour l'organisme.

Dans le présent article, les chercheurs sont allés plus loin et ont examiné les moyens par lesquels les composantes des étapes et les coordinateurs communiquent. Ils ont découvert qu'ils utilisent un "langage" dont les "lettres" sont de petites molécules (comme le phosphoryle, le méthyle et l'acétyle) et les "mots" sont des combinaisons de celles-ci. Ces molécules se lient au coordinateur, tandis que celui-ci est attaché à l'ARNm, formant ainsi un complexe ARNm/coordinateur/petite molécule. Les coordinateurs, à leur tour, répandent la "rumeur" parmi les étapes.

La langue contient de nombreux mots différents, chacun représentant une certaine combinaison de lettres et les positions au sein du coordinateur (qui se positionnent dans sa séquence d'acides aminés) qu'ils lient.  Chaque "mot" fournit des informations et des commandes aux différentes étapes et affecte leur fonctionnalité. Quant aux types d'informations que les étapes doivent fournir, ils vont du plus simple (par exemple, "tout va bien, vous pouvez continuer") au plus compliqué (par exemple, "ralentissez, il manque quelque chose" ou "envoyez l'ARNm à la dégradation - le problème est irréparable", etc). Ce mécanisme permet le transfert d'informations entre les étapes, réduisant ainsi les erreurs en cours de route. Selon le Professeur Choder, il serait intéressant de voir si d'autres systèmes moléculaires utilisent des coordinateurs similaires et une langue (ou un dialecte) similaire.

L'étude a été réalisée avec le soutien généreux de la Fondation israélienne pour la science (ISF).

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