L’éventail de molécules qui constituent l’ensemble des êtres vivants est incroyablement large et complexe. Les scientifiques pensaient avoir recensé toutes les possibilités de manière exhaustive. Mais il se trouve qu’ils ont omis de considérer un autre arrangement moléculaire, basé sur les glycanes — des polymères composés de glucides. Combinés à l’ARN, ils forment une molécule qui pourrait jouer un rôle fondamental dans la biologie de tous les êtres vivants.
Ces nouvelles biomolécules ne sont en réalité pas spécialement rares. Les biologistes n’avaient simplement pas envisagé qu’elles puissent exister. Leur découverte n’est en revanche pas anodine ; comme le souligne Carolyn Bertozzi, biochimiste à l’Université de Stanford, elle pourrait avoir d’importantes conséquences : « C’est vraiment une bombe parce que la découverte suggère qu’il existe des voies biomoléculaires dans la cellule qui nous sont complètement inconnues ».
Notre biologie repose principalement sur les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques — ces derniers étant à la base de l’ADN et l’ARN. Ces quatre classes de composés organiques sont indispensables aux cellules des êtres vivants, car elles sont essentielles à leur énergie. Ces classes sont divisées en sous-types, qui eux-mêmes peuvent se combiner pour former d’autres molécules. Par exemple, les sucres combinés aux lipides forment des glycolipides, dont le polymorphisme est à l’origine des différents groupes sanguins.
Des molécules communes à toutes les espèces
Les glycanes existent sous forme d’oligo et de polysaccharides ; selon un processus appelé glycosylation, ces chaînes de molécules de sucre peuvent s’accrocher aux graisses (lipides) et aux protéines — pour former des glycolipides et des glycoprotéines respectivement — pour faciliter leur transport à travers les cellules ou bien pour leur conférer une conformation adaptée à leur fonction (ils assurent notamment le repliement des protéines dans le réticulum endoplasmique).
Les glycolipides et glycoprotéines apparaissent partout dans les cellules animales, végétales et microbiennes. Les glycanes jouent donc un rôle fondamental dans les membranes cellulaires et la communication intercellulaire : ils modifient les lipides et les protéines pour médier les interactions inter- et intramoléculaires dans tous les domaines de la vie. Mais la possibilité qu’ils puissent se fixer à l’ARN n’avait jamais été explorée.
Le biochimiste Ryan Flynn avait toutefois pris note de l’existence d’une enzyme, très peu étudiée, capable de glycolsyler certaines protéines, tout en étant capable de se fixer à l’ARN. Il a donc entrepris de vérifier s’il existait une connexion plus directe entre l’ARN et les glycanes. C’est ainsi que son équipe et lui ont découvert que les glycanes pouvaient également s’attacher à des molécules d’ARN non codant (autrement dit, un ARN qui ne sera pas traduit en protéines).
Un phénomène que les spécialistes ne pensaient pas possible, sachant que l’ARN et les glycanes évoluent dans des milieux distincts. En effet, la plupart des types d’ARN vivent dans le noyau des cellules (où se trouve le génome), ainsi que dans le cytosol, où s’effectue la synthèse des protéines. Les glycanes se trouvent, quant à eux, dans de petits organites cellulaires (entourés d’une membrane), ou à la surface de la cellule ; ils sont donc très nettement séparés des espaces occupés par les ARN.
Ils ont mis en évidence cette combinaison moléculaire en marquant des molécules de glycol avec de l’acide sialique dans des cellules, puis en extrayant l’ARN : il se trouve qu’une partie de cet ARN comportait un enrobage de sucre marqué à l’acide sialique. Par ailleurs, les chercheurs ont pu constater que cette association moléculaire n’était pas propre à l’espèce humaine : ils ont également trouvé des molécules de glycoARN chez la souris, le hamster et le poisson-zèbre — des espèces dont l’évolution est particulièrement éloignée. Ainsi, il est probable que les glycoARN aient une fonction biologique très importante, jusqu’à présent ignorée, qui remonte à l’origine de la vie sur Terre.
Un possible lien avec les maladies auto-immunes
En outre, il pourrait en réalité exister bien plus d’espèces moléculaires de cette classe. En effet, tous les glycanes ne contiennent pas d’acide sialique (la substance utilisée pour détecter les glycoARN) et par conséquent, les chercheurs pourraient avoir manqué certaines formes de ces biomolécules. Par ailleurs, ils soupçonnent qu’une molécule tierce agisse comme une sorte de « colle » entre l’ARN et les glycanes, car ces derniers n’ont théoriquement pas la capacité de se lier à l’ARN. Cette potentielle molécule n’a cependant pas encore été identifiée.
Détail important : Flynn et ses collègues ont découvert que certaines des molécules mises en évidence au laboratoire mettent en jeu des ARN connus pour être associés à certaines maladies auto-immunes. Or, les scientifiques pensaient jusqu’alors que ces fragments d’ARN demeuraient au cœur des cellules et n’étaient donc pas visibles du système immunitaire ; une hypothèse qui n’est plus valide aujourd’hui : « Nous avons constaté que les glycoARN se trouvent à la surface des cellules, tout comme les protéines et les lipides », souligne Flynn. En d’autres termes, cela signifie que ces glycoARN peuvent participer directement à la communication intercellulaire.
Si la fonction exacte des glycoARN n’est pas encore connue, ces molécules méritent donc une étude plus approfondie, car elles pourraient être à l’origine de ces maladies qui incitent l’organisme à lutter contre ses propres cellules et tissus. Il est par exemple connu que le système immunitaire des personnes souffrant de lupus cible plusieurs des ARN qui entrent dans la composition de ces glycoARN. Cette découverte pourrait donc contribuer à mieux comprendre les mécanismes liés à ces maladies.