Nous avons toujours pensé que l’ARN était trop simple pour faire le gros du travail.
Cette hypothèse est fissurée. Une nouvelle étude suggère que l’ARN peut construire des structures massives et sophistiquées. Filaments. Des cages. Il ne s’agissait pas simplement d’un humble porteur génétique attendant que des protéines apparaissent et sauvent la situation. L’« hypothèse du monde de l’ARN » prétend depuis longtemps que l’ARN a précédé l’ADN et les protéines, mais la sagesse dominante disait que ces premières molécules ne pouvaient gérer que de minuscules replis fondamentaux. Cette vision est peut-être complètement fausse.
Le changement est important car il réécrit l’histoire d’origine.
Pourquoi la complexité de l’ARN change notre vision de l’aube de la vie
Pendant des décennies, l’écart était évident. Les protéines utilisent vingt acides aminés différents. Cela leur donne une immense palette. L’ARN ne possède que quatre nucléotides. La logique était que l’ARN manquait de la variété nécessaire pour se transformer en quelque chose de complexe. Il ne pouvait pas construire de structures. Il ne pouvait pas catalyser des réactions complexes sans aide. Les protéines sont intervenues, ont pris le relais et ont verrouillé le système biologique en place.
Mais cette logique suppose qu’une variété limitée équivaut à une structure limitée.
Un article récent publié sur bioRxiv par Lin Huang de l’Université Sun Yat-Sen affirme le contraire. Huang et son équipe ont découvert que l’ARN peut faire des choses que nous n’avons jamais vues auparavant. La recherche n’a pas encore été évaluée par des pairs, mais les images de microscopie cryoélectronique sont surprenantes. Ils montrent l’assemblage de l’ARN en grands complexes qui rivalisent avec les architectures à base de protéines.
Cela remet directement en question l’hypothèse selon laquelle seules les protéines peuvent construire des géométries élaborées.
“Cela suggère qu’à l’origine du monde de l’ARN, il pourrait s’assembler sous toutes sortes de formes”, a déclaré Huang à Live Science.
Quels mécanismes permettent à l’ARN de construire de grandes structures
Le secret ne réside pas dans plus d’ingrédients. C’est la façon dont les pièces s’emboîtent.
Les chercheurs se sont concentrés sur les « boucles de tige embrassantes ». Imaginez un lacet noué en boucle. Si une autre boucle de lacet appuie dessus, ils s’embrassent. Rester ensemble. Connectez-vous. L’équipe a passé au crible les séquences d’ARN et a trouvé des familles de bactériophages – des virus qui infectent les bactéries – qui utilisaient exactement ce mécanisme.
Voici ce qui s’est passé lorsqu’ils l’ont testé en laboratoire :
- Ils ont purifié les molécules d’ARN.
- Ils les laissent assembler dans un plat.
- Les brins courts (moins de 200 unités chacun) se sont mis en place.
Le résultat a été immédiat et robuste.
Certains ont formé des filaments qui ressemblent beaucoup au cytosquelette des cellules modernes. Le cytosquelette déplace les choses. Il maintient les cellules en forme. Si les premiers ARN pouvaient faire cela, la vie aurait pu être structurelle très tôt.
D’autres formaient des cages icosaédriques. Pensez à un ballon de football. Vingt triangles formant une sphère. Les herpèsvirus modernes utilisent des cages protéiques (capsides) pour cacher leur ADN. L’ARN ancien aurait-il pu construire ses propres boîtes de la taille d’un virus ? C’est possible. La géométrie est vérifiée.
Où existent ces structures d’ARN dans la nature
Voici le piège. Les structures formées dans un plat. Ils ne se forment pas nécessairement à l’intérieur des bactéries qui hébergent les virus.
L’équipe de Huang n’a pas encore vu cela se produire in vivo. À l’intérieur d’une vraie cellule, des protéines partout pourraient perturber ces liaisons ARN. Ou peut-être que les protéines les aident ? Nous ne savons pas. L’environnement du laboratoire est propre. Les cellules sont chaotiques.
Anna Medvegy, une biologiste évolutionniste non impliquée dans l’étude, a soulevé une préoccupation différente. Il ne s’agit pas seulement de chimie. C’est une question d’environnement.
“Je pense vraiment que les paramètres environnementaux sont une question”, a écrit Medvegy. “Ces structures peuvent-elles se former dans l’environnement où existait l’hypothétique monde de l’ARN ?”
Si l’aube de la Terre signifiait une chaleur brûlante ou un pH bas, ces boucles de baisers survivraient-elles ? Peut être. Mais si vous faites cuire l’ARN, il s’effondre. Recréer ces conditions prébiotiques pour tester l’intégrité structurelle est le prochain obstacle.
Les brins d’ARN courts se cassent facilement. C’est un problème majeur pour la longévité. Pourtant, le fait que de petites pièces aient permis de construire de grandes choses est prometteur. Les longues chaînes s’enclenchent. Les courts claquent aussi. Mais si les plus petits étaient reliés à des filets ou à des cages stables, ils auraient peut-être mieux supporté le chaos des débuts de la Terre que nous ne le pensions.
L’ARN a-t-il réellement fait cela il y a quatre milliards d’années ?
Nous ne pouvons pas revenir en arrière pour vérifier.
Nous n’avons que ces belles et fragiles cages placées dans des boîtes de Pétri. Ils sont une preuve de capacité, pas d’histoire. Mais la capacité compte. Cela signifie que les outils étaient là. Les modèles existent dans les virus que nous voyons aujourd’hui. Peut-être que la vie n’était pas aussi lente et maladroite au début que nous l’imaginions. Peut-être s’agissait-il de construire des squelettes et des boucliers dès le premier jour.
Ou peut-être que les conditions étaient tout simplement trop chaudes.
Qui sait ? Le labo dit oui. La terre dit d’attendre et de voir.
