L’origine de la vie : un changement de paradigme

Les chimistes du LMU Felix Müller (à gauche) et Luis Escobar discutent d’une nouvelle conception moléculaire prébiotique. Crédit : Markus Müller / LMU

Selon un nouveau concept des chimistes du LMU dirigé par Thomas Carell, c’est une nouvelle espèce moléculaire composée d’ARN et de peptides qui a déclenché l’évolution de la vie vers des formes plus complexes.

Étudier la question de savoir comment la vie a pu émerger il y a longtemps sur la Terre primitive est l’un des défis les plus fascinants pour la science. Quelles conditions ont dû prévaloir pour que les éléments de base d’une vie plus complexe se forment ? L’une des principales réponses est basée sur la soi-disant idée du monde de l’ARN, que le pionnier de la biologie moléculaire Walter Gilbert a formulée en 1986. L’hypothèse soutient que les nucléotides – les éléments de base des acides nucléiques A, C, G et U – ont émergé de la soupe primordiale, et que de courtes molécules d’ARN se sont alors formées à partir des nucléotides. Ces soi-disant oligonucléotides étaient déjà capables de coder de petites quantités d’informations génétiques.

Comme ces molécules d’ARN simple brin pouvaient également se combiner en double brin, cela a donné lieu à la possibilité théorique que les molécules puissent se répliquer, c’est-à-dire se reproduire. Seuls deux nucléotides s’emboîtent dans chaque cas, ce qui signifie qu’un brin est la contrepartie exacte d’un autre et forme ainsi la matrice d’un autre brin.

Au cours de l’évolution, cette réplication aurait pu s’améliorer et, à un certain stade, donner naissance à une vie plus complexe. “L’idée du monde de l’ARN a le grand avantage de tracer une voie par laquelle des biomolécules complexes telles que des acides nucléiques avec des propriétés catalytiques optimisées et, en même temps, des propriétés de codage de l’information peuvent émerger”, explique Thomas Carell, chimiste du LMU. Le matériel génétique, tel que nous le comprenons aujourd’hui, est constitué de doubles brins d’ADN, une forme durable et légèrement modifiée de macromolécule composée de nucléotides.

Cependant, l’hypothèse n’est pas sans poser de problèmes. Par exemple, le RNS est une molécule très fragile, surtout lorsqu’elle s’allonge. De plus, on ne sait pas comment a pu se produire la liaison des molécules d’ARN avec le monde des protéines, dont le matériel génétique, on le sait, fournit les plans. Comme indiqué dans un nouvel article publié dans Naturele groupe de travail de Carell a découvert une manière dont ce lien aurait pu se produire.

Pour comprendre, nous devons examiner de plus près l’ARN. En soi, l’ARN est une macromolécule compliquée. En plus des quatre bases canoniques A, C, G et U, qui codent l’information génétique, il contient également des bases non canoniques, dont certaines ont des structures très inhabituelles. Ces nucléotides non codants pour l’information sont très importants pour le fonctionnement des molécules d’ARN. Nous avons actuellement connaissance de plus de 120 de ces nucléosides d’ARN modifiés, qui s’intègrent naturellement dans les molécules d’ARN. Il est fort probable qu’ils soient des reliques de l’ancien monde de l’ARN.

Le groupe Carell a maintenant découvert que ces nucléosides non canoniques sont en quelque sorte l’ingrédient clé qui permet au monde de l’ARN de se connecter au monde des protéines. Certains de ces fossiles moléculaires peuvent, lorsqu’ils sont situés dans l’ARN, se “parer” d’acides aminés individuels ou même de petites chaînes d’entre eux (peptides), selon Carell. Il en résulte de petites structures chimériques ARN-peptide lorsque des acides aminés ou des peptides se trouvent être présents dans une solution simultanément aux côtés de l’ARN. Dans de telles structures, les acides aminés et les peptides liés à l’ARN réagissent alors même entre eux pour former des peptides de plus en plus gros et complexes. “De cette façon, nous avons créé des particules d’ARN-peptide en laboratoire qui pourraient coder des informations génétiques et même former des peptides d’allongement”, explique Carell.

Les anciens nucléosides fossiles sont donc quelque peu apparentés aux noyaux de l’ARN, formant un noyau sur lequel de longues chaînes peptidiques peuvent se développer. Sur certains brins d’ARN, les peptides se développaient même en plusieurs points. “C’était une découverte très surprenante”, dit Carell. “Il est possible qu’il n’y ait jamais eu de monde d’ARN pur, mais que l’ARN et les peptides aient coexisté dès le début dans une molécule commune.” En tant que tel, nous devrions étendre le concept d’un monde ARN à celui d’un monde ARN-peptide. Les peptides et l’ARN se sont mutuellement soutenus dans leur évolution, propose la nouvelle idée.

Selon la nouvelle théorie, un élément décisif au début était la présence de molécules d’ARN qui pouvaient se parer d’acides aminés et de peptides et ainsi les joindre dans des structures peptidiques plus grandes. “L’ARN s’est développé lentement en un catalyseur de liaison d’acides aminés en constante amélioration”, explique Carell. Cette relation entre l’ARN et les peptides ou les protéines est restée à ce jour. Le catalyseur d’ARN le plus important est le ribosome, qui relie encore aujourd’hui les acides aminés en longues chaînes peptidiques. L’une des machines à ARN les plus complexes, elle est responsable dans chaque cellule de la traduction de l’information génétique en protéines fonctionnelles. “Le monde des peptides ARN résout ainsi le problème de la poule et de l’œuf”, déclare Carell. “La nouvelle idée crée une base sur laquelle l’origine de la vie devient progressivement explicable.”


Une équipe de recherche trouve un indice sur une possible origine extraterrestre des peptides


Plus d’information:
Felix Müller et al, Un scénario prébiotiquement plausible d’un monde ARN-peptide, Nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-04676-3

Fourni par l’Université Ludwig Maximilian de Munich

Citation: L’origine de la vie : Un changement de paradigme (12 mai 2022) récupéré le 12 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-life-paradigm-shift.html

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