jeDans la mythologie chinoise, un renard rusé à neuf queues symbolise la paix et la prospérité. Xiao Wangbiologiste chimique au Massachusetts Institute of Technology, s’est inspirée de ce renard à plusieurs queues. Wang et son équipe souhaitaient synthétiser différents types d’ARN, qui se présente normalement sous une forme linéaire avec une seule queue polyA, importante pour la production de protéines. Cette queue est l’étape limitante de la dégradation de l’ARNm. « Nous nous sommes demandés pourquoi nous ne pouvions pas fabriquer plusieurs queues ? », a déclaré Wang. « De cette façon, si nous en perdons une, il peut y en avoir beaucoup d’autres. »
L’ARNm a suscité beaucoup d’attention après l’introduction de ARN modifié vaccins pendant la pandémie de COVID-19.1 Cependant, l’ARN modifié est instable et se traduit de manière inefficace en protéines, ce qui oblige à administrer des doses élevées qui pourraient être toxiques pour le patient lorsqu’elles sont utilisées à des fins thérapeutiques. Pour résoudre ces problèmes, Wang et son équipe ont développé un ARNm avec plusieurs queues polyA au lieu d’une seule. Récemment publié dans Biotechnologie de la nature, les scientifiques ont découvert que cet ARNm ramifié dure beaucoup plus longtemps et est traduit plus efficacement, ouvrant la voie à la prochaine génération de vaccins et de thérapies à ARNm.2
Wang et son équipe ont d’abord stabilisé la queue polyA en ajoutant quelques modifications pour la protéger contre la destruction par les nucléases. Pour ajouter plusieurs queues polyA au squelette de l’ARNm et créer la structure ramifiée, les scientifiques ont utilisé cliquez sur la chimie, qui est un ensemble de réactions utilisées pour joindre deux entités moléculaires. Des modifications supplémentaires ont permis d’empêcher les queues de coller les unes aux autres.
Wang et son équipe ont découvert que trois queues polyA semblaient être le point idéal. Coller trop de queues rendait extrêmement difficile la purification de l’ARNm ramifié par chromatographie liquide haute performance. « Vous pouvez imaginer que si nous avons un certain taux de réussite de ligature d’une des queues polyA, à mesure que le taux augmente, le rendement diminue de façon exponentielle », a-t-elle déclaré.
Ensuite, les scientifiques ont attaché un rapporteur fluorescent à l’ARNm et l’ont exprimé dans des cellules en culture pour mesurer combien de temps l’ARNm ramifié durerait à l’intérieur de la cellule et si les ribosomes le traduiraient. En quantifiant le nombre de transcrits d’ARNm, ceux à l’intérieur de la cellule et ceux liés aux ribosomes, l’équipe a découvert que l’efficacité de traduction de l’ARNm ramifié était environ 1,5 fois supérieure à celle d’un contrôle d’ARNm linéaire.
Ces résultats ont été récapitulés dans un modèle murin, où les scientifiques ont injecté l’ARNm ramifié (ou un ARNm de contrôle linéaire) contenant le rapporteur fluorescent dans les yeux des souris. Ils ont constaté que l’ARNm ramifié générait un signal fluorescent trois à cinq fois supérieur à celui du témoin environ deux jours après l’injection, et que ce signal fort persistait dans le temps, indiquant que l’ARNm ramifié n’était pas dégradé ou traduit en protéine.
Pour démontrer l’utilité de l’ARNm ramifié dans un sens thérapeutique, Wang et son équipe ont décidé d’utiliser l’ARNm ramifié pour améliorer le système d’édition CRISPR-Cas9. « Dans le cadre de l’édition du génome, la protéine devient davantage un facteur limitant, donc utiliser des queues polyA supplémentaires pour produire plus de protéine Cas9 sera bénéfique », a déclaré Wang. Lorsque l’équipe a testé cela sur un modèle murin, ils ont découvert que l’ARNm ramifié entraînait une multiplication par quatre de l’expression de la protéine Cas9 par rapport au contrôle linéaire et des niveaux significativement inférieurs de la protéine ciblée.
Ces résultats sont intéressants, selon Allan Jacobsonbiologiste à la faculté de médecine Chan de l’université du Massachusetts, qui n’était pas affilié à l’étude. « C’est utile car si vous faites une vaccination, vous pouvez faire un inoculum plus petit », a-t-il déclaré. « Et s’il y a des inquiétudes concernant les effets secondaires, vous les réduisez. » Il est intéressé de voir comment les scientifiques relèveront le défi de la fabrication de masse à l’avenir, étant donné que la fabrication de l’ARNm ramifié nécessite un processus de purification prolongé.
En attendant, Wang et son équipe repoussent les limites de la modification de l’ARNm dans l’espoir qu’elle puisse un jour aider à développer de meilleurs vaccins ou thérapies. « Nous sommes curieux de découvrir les différentes structures et modifications qui peuvent être tolérées par la cellule », a-t-elle déclaré. « Il est intéressant de voir comment la machinerie traductionnelle réagit à l’ARNm comme elle n’a jamais été vue auparavant. »
Les références
- Delaunay S, Helm M, Frye M. Modifications de l’ARN dans la physiologie et la maladie : vers des applications cliniques. Nat Rév Genet. 2024;25(2):104-122.
- Chen H, Liu D, Guo J et al. Les queues poly(A) ramifiées chimiquement modifiées améliorent la capacité de traduction de l’ARNm. Nat Biotechnologie. 2024 : 1-10.
