Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Vienne a développé une nouvelle version de blocs de construction d'ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées, réduisant considérablement le temps de production des puces à ARN. (Concept d'artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Des scientifiques réalisent une percée : synthèse chimique de composés à haute densité ARN Les microarrays sont désormais plus rapides et plus efficaces.
Une équipe de recherche de l'Université de Vienne a développé des éléments de base avancés pour l'ARN, doublant la vitesse de synthèse et améliorant l'efficacité par sept. Cette innovation répond aux défis de la production de puces à ARN et améliore les applications en biotechnologie et en diagnostic médical, notamment l'identification de nouveaux aptamères d'ARN.
Progrès dans les éléments constitutifs de l'ARN
Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Vienne a réussi à développer une nouvelle version de blocs de construction d'ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées. Cela peut réduire considérablement le temps de production des puces à ARN utilisées dans la recherche biotechnologique et médicale. La synthèse chimique de ces puces est désormais deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue Progrès scientifiques.
L’émergence et l’approbation de produits médicaux à base d’ARN, tels que les vaccins à ARNm, au cours de la COVID 19 pandémie, a mis la molécule d'ARN sur le devant de la scène. L'ARN (ARN ribonucléique) acide) est un polymère porteur d'informations – un composé chimique constitué de sous-unités similaires – mais avec une diversité structurelle et fonctionnelle bien plus grande que ADN.
Il y a environ 40 ans, une méthode de synthèse chimique de l'ADN et de l'ARN a été développée. Elle permet d'assembler n'importe quelle séquence à partir de blocs de construction d'ADN ou d'ARN à l'aide de la chimie des phosphoramidites. L'assemblage d'une chaîne d'acide nucléique s'effectue étape par étape à l'aide de ces blocs de construction chimiques spéciaux (phosphoramidites). Chaque bloc de construction porte des « groupes protecteurs » chimiques qui empêchent les réactions indésirables et assurent la formation d'un lien naturel dans la chaîne d'acide nucléique.
Une puce à ARN haute densité de taille normale a à peu près la taille d'un ongle et peut contenir jusqu'à 780 000 séquences d'ARN uniques, chacune occupant une surface d'environ 14 x 14 μm². La présence et la qualité de l'ARN peuvent être vérifiées par l'ajout d'un brin d'ADN complémentaire avec une étiquette fluorescente verte. Crédit : Tadika Kekić
Surmonter les défis liés à la production de puces à ARN
Cette méthode chimique est également utilisée dans la production de micropuces (microarrays), qui permettent de synthétiser et d'analyser simultanément des millions de séquences uniques sur une surface solide de la taille d'un ongle. Si les microarrays d'ADN sont déjà largement utilisés, l'adaptation de la technologie aux microarrays d'ARN s'est avérée difficile en raison de la faible stabilité de l'ARN.
En 2018, l’Université de Vienne a démontré comment produire des puces à ARN haute densité par photolithographie : en positionnant précisément un faisceau lumineux, des zones de la surface peuvent être préparées pour la fixation du prochain élément de base par une réaction photochimique. Bien que ce premier rapport ait été une première mondiale et reste sans équivalent, la méthode souffrait de longs délais de production, de faibles rendements et d’une mauvaise stabilité. Cette approche a maintenant été considérablement améliorée.
Développement d'une nouvelle génération de blocs de construction d'ARN
Une équipe de l’Institut de chimie inorganique de l’Université de Vienne, en collaboration avec l’Institut Max Mousseron des biomolécules de l’Université de Montpellier (France), a développé une nouvelle version de blocs de construction d’ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées. Cette avancée réduit considérablement le temps de production des puces à ARN, rendant la synthèse deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les puces à ARN innovantes peuvent être utilisées pour cribler des millions d’ARN candidats à la recherche de séquences précieuses pour un large éventail d’applications.
« La création de microarrays d'ARN contenant des molécules d'ARN fonctionnelles était tout simplement hors de portée avec notre configuration précédente, mais c'est désormais une réalité grâce à ce processus amélioré utilisant le groupe protecteur propionyloxyméthyle (PrOM) », explique Jory Lietard, professeur adjoint à l'Institut de chimie inorganique.
Applications pratiques et avantages des puces à ARN améliorées
En tant qu’application directe de ces puces à ARN améliorées, la publication présente une étude sur les aptamères d’ARN, de petits oligonucléotides qui se lient spécifiquement à une molécule cible. Deux aptamères « lumineux » qui produisent une fluorescence lors de la liaison à un colorant ont été choisis et des milliers de variantes de ces aptamères ont été synthétisées sur la puce. Une seule expérience de liaison suffit à obtenir des données sur toutes les variantes simultanément, ce qui ouvre la voie à l’identification d’aptamères améliorés avec de meilleures propriétés diagnostiques.
« Les puces à ARN de haute qualité pourraient être particulièrement utiles dans le domaine en pleine croissance du diagnostic moléculaire non invasif. Les aptamères à ARN nouveaux et améliorés sont très recherchés, comme ceux qui permettent de suivre les niveaux d'hormones en temps réel ou de surveiller d'autres marqueurs biologiques directement à partir de la sueur ou de la salive », explique Tadija Kekić, doctorante dans le groupe de Jory Lietard.
Ce travail a été soutenu financièrement par une subvention conjointe de l'Agence Nationale pour la Recherche/Fonds scientifique autrichien (FWF International Program I4923).
