LEXINGTON, Kentucky (25 janvier 2023) — Des chercheurs de l’Université du Kentucky et de l’Université hébraïque de Jérusalem s’associent pour étudier la complexité du cerveau humain. Plus précisément, les chercheurs testeront si de nouvelles protéines jusqu’ici inconnues existent dans le cerveau.
Les laboratoires des deux institutions ont obtenu une subvention conjointe du Fondation nationale des sciences (NSF) et le Fondation scientifique binationale États-Unis-Israël (BSF) étudier de nouveaux aspects de la biologie des ARN.
Les chercheurs tentent de répondre à une question fondamentale : pourquoi les humains ont-ils un cerveau plus complexe que les autres organismes avec à peu près le même nombre de gènes ?
Dans le cadre de la subvention de plus de 700 000 $, Stefan Stamm, Ph.D.un professeur dans le département de biochimie moléculaire et cellulaire au Royaume-Uni Collège de médecineet son laboratoire étudient les caractéristiques des protéines et examinent leurs implications biologiques.
Le laboratoire de Stamm s’associe à Ruth SperlingPh.D., professeur (émérite) au Département de génétique de l’Institut Alexander Silberman des sciences de la vie de l’Université hébraïque de Jérusalem. Elle est experte dans le traitement de l’ARN.
L’ARN est le médiateur qui transforme les instructions contenues dans votre ADN en protéines dans vos cellules. Au cours du processus, l’ARN est fortement modifié avec des morceaux découpés ou épissés et reconstitués dans une nouvelle ligne d’ARN. Parfois, ces morceaux forment des cercles, créant de l’ARN circulaire.
“Nous proposons qu’il existe un nouvel ensemble de protéines qui n’ont pas été identifiées ou examinées dans le cerveau humain qui sont codées par les ARN circulaires et qui remplissent de nouvelles fonctions dans les cellules”, a déclaré Stamm.
Les ARN circulaires se trouvent principalement dans le cerveau et leur formation est favorisée par des éléments génomiques spécifiques à l’homme et aux autres primates, appelés éléments Alu. Le génome humain se compose d’environ 11% d’éléments Alu et leur expansion chez les primates est en corrélation avec la complexité du cerveau.
Les équipes de recherche testeront l’hypothèse selon laquelle les ARN circulaires spécifiques aux primates sont traduits en protéines après que les molécules de l’ARN circulaire subissent un changement épigénétique.
« Les ARN circulaires codent-ils pour des protéines ? Ces protéines sont-elles fonctionnelles ? Pouvez-vous les trouver dans les cerveaux ? » dit Stamm. « C’est ce que nous analysons. Il n’a jamais été regardé.
Les chercheurs proposent que les nouvelles protéines fabriquées à partir de ces ARN circulaires spécifiques augmentent fortement la complexité moléculaire dans le cerveau, ce qui pourrait améliorer les fonctions cérébrales.
“Si nous avons de nouvelles protéines, nous avons un tout nouveau protéome qui a de nouvelles fonctions et peut contribuer au cerveau humain”, a déclaré Sperling. « Cela a de vastes implications. Par exemple, vous pouvez rechercher des modificateurs génétiques. Existe-t-il des modificateurs génétiques en corrélation avec la schizophrénie, l’épilepsie, l’autisme ou les maladies neurologiques ? »
Le laboratoire de Sperling se concentrera sur la compréhension de la façon dont l’ARN circulaire est fabriqué par la machinerie d’épissage dans les cellules. Avec Joseph Sperling, Ph.D., elle a découvert et caractérisé la machine d’épissage endogène dans les cellules de mammifères. Récemment, son équipe a identifié un ARN circulaire dans la machine d’épissage endogène. Son équipe utilisera ce système pour étudier si l’ARN est épissé ou rétroépissé, formant des ARN linéaires et circulaires, respectivement, lorsque cela se produit, et comment il est régulé dans le cerveau.
« Ces protéines ne sont pas très abondantes, mais elles pourraient former ou modifier des fonctions catalytiques dans d’autres protéines. Donc, si vous voulez comprendre le cerveau, vous devez regarder ces molécules », a déclaré Stamm.
Dans le cadre du projet de trois ans, des cours annuels de deux semaines sur la biologie de l’ARN auront lieu pendant l’été à l’Université hébraïque de Jérusalem, dirigés par Stamm et Sperling. Les étudiants des deux universités suivront des cours théoriques et feront des expériences pratiques pendant le cours.
Les recherches rapportées dans cette publication ont été soutenues par la National Science Foundation sous le numéro de prix 2221921. Les opinions, constatations et conclusions ou recommandations exprimées sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les vues de la National Science Foundation.