L’ARN est un acide nucléique polyvalent qui fonctionne dans le transfert d’information, la catalyse, la régulation génique et la structure cellulaire. Son expression et son identité sont analysées par séquençage d’ARN et Northern blot. Contrairement à l’ADN, l’ARN est généralement simple brin, contient du ribose au lieu du désoxyribose et utilise l’uracile à la place de la thymine. Le groupe hydroxyle 2-prime du ribose rend l’ARN chimiquement plus réactif que l’ADN.

ARN messager

L’ARN messager transporte l’information génétique de l’ADN vers le ribosome pour la synthèse des protéines. Chez les eucaryotes, le pré-ARNm subit un traitement approfondi. Une coiffe 7-méthylguanosine est ajoutée à l’extrémité 5-prime, protégeant le transcrit de la dégradation et facilitant l’initiation de la traduction. Une queue poly-A de 100 à 250 résidus d’adénine est ajoutée à l’extrémité 3-prime, améliorant la stabilité et l’exportation depuis le noyau. Les introns sont éliminés par épissage, permettant à un seul gène de produire plusieurs variants protéiques par épissage alternatif.

ARN de transfert

L’ARN de transfert est la molécule adaptatrice qui traduit le code génétique. Chaque ARNt a une structure secondaire caractéristique en feuille de trèfle avec trois boucles-brins et un bras accepteur. La boucle anticodon contient trois bases qui s’apparient avec le codon de l’ARNm. L’extrémité 3-prime porte toujours la séquence CCA, où l’acide aminé est attaché. Les ARNt sont fortement modifiés, avec plus de 100 modifications de bases différentes identifiées. Les aminoacyl-ARNt synthétases attachent l’acide aminé correct à chaque ARNt, un processus appelé charge, qui nécessite de l’ATP et assure la fidélité de la synthèse protéique.

ARN ribosomique

L’ARN ribosomique est le composant catalytique et structural des ribosomes. Chez E. coli, le ribosome 70S se compose d’une grande sous-unité 50S contenant les ARNr 23S et 5S et d’une petite sous-unité 30S contenant l’ARNr 16S. Chez les eucaryotes, le ribosome 80S a des sous-unités 60S et 40S avec des ARNr correspondants plus grands. L’ARNr 23S de la grande sous-unité catalyse la formation de la liaison peptidique, faisant du ribosome un ribozyme. Les séquences d’ARNr sont hautement conservées et sont largement utilisées dans l’analyse phylogénétique.

Petit ARN nucléaire

Les petits ARN nucléaires sont des composants du splicéosome, le complexe qui élimine les introns du pré-ARNm. Les snRNP majeurs, U1, U2, U4, U5 et U6, reconnaissent les sites d’épissage et catalysent la réaction d’épissage par des interactions ARN-ARN. L’ARN U1 s’apparie avec le site d’épissage 5-prime, et l’ARN U2 reconnaît le point de branchement. Le splicéosome s’assemble par étapes, subissant de multiples réarrangements conformationnels alimentés par l’hydrolyse de l’ATP.

MicroARN et petit ARN interférent

Les microARN sont de petits ARN non codants d’environ 22 nucléotides qui régulent l’expression génique de manière post-transcriptionnelle. Ils sont transcrits sous forme de miRNA primaires, traités dans le noyau par Drosha, et exportés vers le cytoplasme où Dicer produit le miRNA mature. Le miRNA est chargé dans le complexe RISC, où il s’apparie avec les ARNm cibles, généralement dans la région non traduite 3-prime, conduisant à une répression traductionnelle ou à une dégradation de l’ARNm.

Les petits ARN interférents sont dérivés de molécules d’ARN double brin plus longues d’origine exogène, comme l’ARN viral. Ils suivent une voie similaire mais présentent généralement une complémentarité parfaite avec leurs cibles, conduisant au clivage de l’ARNm plutôt qu’à une répression traductionnelle. La voie d’interférence ARN est un mécanisme de défense antiviral conservé et un outil de recherche puissant.

Long ARN non codant

Les longs ARN non codants sont des transcrits de plus de 200 nucléotides qui ne codent pas pour des protéines. Ils régulent l’expression génique par divers mécanismes, notamment le remodelage de la chromatine, la régulation transcriptionnelle et le traitement post-transcriptionnel. XIST médie l’inactivation du chromosome X chez les femelles en recouvrant le chromosome X inactif et en recrutant des modifications chromatiniennes répressives. D’autres ARNnc longs fonctionnent comme des échafaudages pour les complexes protéiques, des leurres pour les facteurs de transcription ou des guides pour les enzymes de modification de la chromatine.

Autres ARN fonctionnels

Plusieurs types d’ARN supplémentaires remplissent des fonctions spécialisées. La ribonucléase P est un ribozyme qui traite les précurseurs d’ARNt. L’ARN de la particule de reconnaissance du signal fait partie du complexe qui cible les protéines vers le réticulum endoplasmique. L’ARN de la télomérase fournit le modèle pour l’élongation des télomères. Les ARN CRISPR guident les protéines Cas vers les acides nucléiques étrangers dans l’immunité adaptative bactérienne. Les riborégulateurs sont des éléments d’ARN dans la région non traduite 5-prime des ARNm qui lient directement les métabolites et régulent l’expression génique sans intervention protéique.