L'enzyme ARN polymérase est incontournable dans l'expression des gènes et dans sa régulation. Déterminante donc pour l'équilibre et la survie de chacune de nos cellules. Mieux comprendre son fonctionnement, c'est donc aussi se donner les moyens d'agir sur elle quand il s'agit d'endiguer une infection bactérienne par le biais d'antibiotiques ou d'appréhender les dérèglements transcriptionnels si souvent observés dans les cellules cancéreuses en prolifération.

En oeuvrant à l'interface de la biochimie et de la physique, les équipes de Térence Strick à l'Institut Jacques Monod (CNRS - Universités de Paris VI et Paris VII) et de Richard Ebright au Waksman Institute of Microbiology (Université de Rutgers, Etats Unis) viennent d'observer, en temps réel, la transcription de l'ADN en ARN messager par l'ARN polymérase de la bactérie Escherichia coli , en utilisant une technique de manipulation de molécule individuelle d'ADN.

Les chercheurs sont arrivés à percer les rouages d'un phénomène qu'on soupçonnait depuis plus de vingt ans sans être encore parvenus à le visualiser : l'ARN polymérase, véritable bulldozer une fois lancée sur le brin d'ADN qu'elle est en charge de « lire » et de transcrire, vit une étape des plus délicates au tout début de sa tâche. Une vulnérabilité sur laquelle il suffirait de jouer pour activer ou inhiber l'expression de gènes !

Gros plan. Au tout début de la transcription, l'ARN polymérase repère une séquence promotrice ou « promoteur ». Il s'agit de la séquence de quelques nucléotides* qui lui indique le début d'un gène. Elle s'y accroche de toutes ses forces moléculaires. Mais il lui faut alors lâcher prise pour se propulser sur la double hélice d'ADN. C'est là que le bât blesse : dès les années 1980, des chercheurs se sont rendus compte que l'enzyme reste coincée sur le promoteur. Pourtant, elle parvient bien à synthétiser des courts fragments d'ARN messager, bizarre... Plus maintenant ! Les investigations alliées de la biochimie et de la physique dans les laboratoires de T. Strick et R. Ebright ont permis d'éclaircir le mystère :

bloquée sur le promoteur comme dans des starting-blocks, l'ARN polymérase parvient effectivement à « lire » et à transcrire quelques nucléotides d'ADN, mais sans se décrocher du promoteur. Cette opération libère de l'énergie (chimique) qui permet à l'enzyme de tirer en elle de plus en plus d'ADN, de le comprimer et de le tordre comme on le ferait d'un ressort. Sous tension, le complexe enzyme-ADN accumule de l'énergie (mécanique cette fois), jusqu'à ce que l'enzyme en ait suffisamment pour jaillir et se lancer enfin à la lecture du brin d'ADN.

Cette découverte fait aujourd'hui l'objet de toutes les attentions car à cet instant précis où elle reste empêtrée au début de la séquence qu'elle doit transcrire, l'ARN polymérase est des plus vulnérable, et donc « facilement » manipulable.

Même si, pour l'heure, on ne peut que spéculer sur l'existence d'un mécanisme semblable chez l'ARN polymérase humaine, ces travaux sont bel et bien un espoir dans le développement de nouveaux antibiotiques – à l'heure où l'on voit les résistances se multiplier dangereusement - et dans la lutte contre le cancer contre lequel on ne saura réellement faire face tant que les mécanismes cellulaires et moléculaires les plus fondamentaux resteront incompris.

Notes :
QUELQUES DÉFINITIONS :
Enzyme : Protéine capable de catalyser une réaction biochimique, autrement dit, de la rendre « chimiquement possible » dans un temps imparti court.
ARN polymerase : Enzyme capable d'écarter les deux brins de la double hélice d'ADN au début d'un gène puis de procéder à la synthèse du brin d'ARN messager en se déplaçant le long de l'ADN codant.
ARN messager: Enchaînement de nucléotides synthétisés selon la matrice que constitue l'ADN codant pour un gène.
Transcription d'ADN : Synthèse de l'ARN à partir de l'ADN.
Nucléotide : Maillon de la chaîne qu'est l'acide nucléique (ADN ou ARN), constitué d'une base azotée, d'un glucide à 5 atomes de carbone et d'un groupement phosphate.
Références :
"Abortive initiation and productive initiation by RNA polymerase involve DNA scrunching." A. Revyakin, C.-Y. Liu, R.H. Ebright et T.R. Strick
Science, vol. 314, issue 5802 (17 novembre 2006).