/image%2F2517154%2F20190326%2Fob_e5cdc3_adn-image.jpg)
Le rôle de certains virus à ARN capable de synthétiser de l’ADN à partir d’ARN
L’enzyme transcriptase inverse permet à certains virus à ARN de synthétiser de l’ADN à partir de l’ARN.[1]
La transcriptase inverse ou rétrotranscriptase (en anglais reverse transcriptase ou encore RT) est une enzyme utilisée par les rétrovirus et les rétrotransposons qui transcrivent l'information génétique des virus ou rétrotransposons de l'ARN en ADN, qui peut s'intégrer dans le génome de l'hôte. L'enzyme que l'on mentionne collectivement sous le nom de transcriptase inverse comprend en général une polymérase de l'ADN ARN-dépendante et une polymérase de l'ADN ADN-dépendante, lesquelles travaillent en synergie pour réaliser la transcription en sens inverse de la direction standard. Cette transcription inverse ou rétrotranscription permet comme son nom l'indique de transcrire à l'envers c’est-à-dire d'obtenir de l'ADN à partir d'ARN.
La transcription inverse d'ARN est un des mécanismes principaux permettant la génération de séquences répétées dans les génomes, en particulier les répétitions dispersées. Dans le génome des mammifères, les séquences LINE ou les rétrovirus endogènes contiennent ainsi souvent un gène codant une transcriptase inverse permettant la réplication et la multiplication de ces éléments mobiles.
La transcriptase inverse est utilisée dans le cadre d'une RT-PCR pour quantifier par exemple de l'ARN. En effet, la réaction en chaîne par polymérase (PCR) amplifie de l'ADN qui diffère de l'ARN par une différence de sucre (Désoxyribose pour l'ADN, Ribose pour l'ARN), ainsi que par une différence de base azotée (l'uracile (U) de l'ARN correspond à la thymine (T) de l'ADN), la RT effectue ce changement de base pour ainsi donner de l'ADN exploitable en PCR.
Fonctionnement
La transcriptase inverse est communément utilisée dans la recherche, pour permettre d'utiliser une PCR classique grâce à des ARN. La technique classique de PCR se réalise uniquement grâce à des brins d'Acide désoxyribonucléique (ADN), mais avec l'aide de la transcriptase inverse, l'ARN peut être transcrit en ADN, rendant l'analyse des ARN par PCR réalisable. La technique est donc couramment appelée Réaction de Polymérase en Chaine par Transcriptase Inverse (RT-PCR).[2]
Après le filtre des « modifications-erreurs » exercé par la lysidine au niveau de l'ARN d'un virus, la transcriptase inverse permet de créer un simple brin d’ADN (qui servira de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin par l’ADN polymérase), synthétisé à partir d'un ARNm, représentant ainsi la partie codante de la région du génome ayant été transcrit en cet ARNm. Il est obtenu après une réaction de transcription inverse d'un ARNm mature et équivaut donc à la copie ADN de l'ARNm qui est contenu dans une cellule donnée à un moment donné.
(Puisque le VIH utilise la transcriptase inverse en plus d'intégrases, pour infecter l'ADN de l'être humain avec de l'ADN viral, les inhibiteurs de transcriptase inverse sont utilisés dans le but de stopper cette infection. Le virus de l'Hépatite B utilise également la transcriptase inverse, mais de façon très différente.)[3]
ADN polymérase[4]
Une ADN polymérase est un complexe enzymatique intervenant dans la réplication de l’ADN au cours du cycle cellulaire, mais aussi dans des processus de réparation et de recombinaison de l'ADN. Les ADN polymérases utilisent des désoxyribonucléosides triphosphate comme base pour la synthèse d'un brin d'ADN, en utilisant un autre brin d'ADN comme matrice. Ce processus réplicatif utilise la complémentarité des bases nucléiques pour guider la synthèse du nouveau brin à partir du brin matrice. Il existe plusieurs familles de polymérases, qui diffèrent selon leur séquence en acides aminés et leurs propriétés catalytiques.
Mécanisme
Toutes les ADN polymérases synthétisent l’ADN dans le sens 5’ → 3’, chez tous les organismes vivants, et aucune n’est capable de commencer la synthèse d'un brin de novo. Elles ne peuvent qu'ajouter des nucléotides à une extrémité hydroxyle libre, en général le 3’-OH du brin en cours de synthèse. Pour cette raison, l'ADN polymérase a besoin d’une amorce (ou primer), sur laquelle ajouter de nouveaux désoxyribonucléotides.
L’amorce peut être formée d’ADN ou d’ARN. Dans le cas de la réplication, l'amorce constituée d'ARN est synthétisée par une autre enzyme, appelée primase, au sein du complexe de réplication appelé réplisome. Celui-ci contient également une enzyme, l'hélicase, qui est nécessaire pour séparer les deux brins de l’ADN et ainsi permettre l’accès des ADN polymérases et la réplication. Dans le cas des processus de réparation et de recombinaison, l'amorce est constituée d'un segment d'ADN résultant de la coupure par une endonucléase du brin endommagé ou recombiné, qui libère une extrémité 3’-OH libre.
Les diverses ADN polymérases se différencient par leur capacité à allonger l'ADN sans se dissocier du brin matrice, une caractéristique qui s'appelle la processivité. Certaines ADN polymérases sont faiblement associées à leur substrat et se détachent après avoir polymérisé seulement quelques nucléotides. On parle alors d'ADN polymérases distributives, ce qui est une caractéristique de beaucoup de polymérases impliquées dans les processus de réparation. Les ADN polymérases réplicatives, au contraire, sont très fortement liées au brin matrice et ne se dissocient pas. Elles peuvent polymériser plusieurs centaines de milliers de nucléotides en une seule fois. On parle alors d'ADN polymérases processives. Un cofacteur protéique, la pince (ou clamp), appelé PCNA chez les eucaryotes et les archées, et complexe β chez les bactéries, se lie aux polymérases réplicatives et augmente considérablement leur processivité.
L'activité des ADN polymérases nécessite la présence d’ions Mg2+ comme cofacteurs qui se fixent en particulier sur les groupes phosphate des nucléotides et de l'ADN.
Certaines ADN polymérases, qui disposent aussi d'une activité exonucléase 3’ → 5’, ont la capacité de corriger les erreurs d'incorporation dans le brin néoformé. Lorsque l'ADN polymérase fait une erreur et qu'un mésappariement est formé au niveau du site actif de l'enzyme, celle-ci peut revenir en arrière et hydrolyser le nucléotide incorrect : c'est l’activité exonucléase 3’-5’, appelée également fonction d'édition. Elle peut alors réinsérer la base correcte, et reprendre la réplication. Ce processus de relecture par l'ADN polymérase améliore la fidélité du processus réplicatif et fait baisser le taux d'erreur.
Au contraire, certaines ADN polymérases sont peu fidèles et font des erreurs d'incorporation de nucléotides avec une fréquence plus élevée. Ces ADN polymérases sont utilisées spécifiquement dans les processus de réparation de l'ADN. Leur spécificité relâchée leur permet de répliquer de l'ADN contenant des lésions, c'est-à-dire des bases altérées par des modifications chimiques, résultant par exemple de l'action de rayonnement UV, ionisant ou d'agents mutagènes. On parle d'ADN polymérases translésionnelles.
On parle également d'une fonction de correction d'épreuves ou de correction sur épreuves (« proofreading » en anglais) des ADN polymérases.
Cette méthode fournit de nouveaux moyens d'action à travers la thérapie génique qui vise à rétablir une information correcte dans une cellule défectueuse. Les perspectives d'applications thérapeutiques sont larges.