Les Petits ARN

SÉLECTION IN VITRO D’ARNS RÉSISTANT À HAUTE TEMPÉRATURE ET A HAUTE PRESSION

Les ARNs de transfert résistent à 90°C en présence de NaCl 2M, conservent leur intégrité physique et sont capables d’aminoacylation après traitement à haute température (Tehei et al, 2002). A la suite de cette première observation, nous avons sélectionné, des ARNs résistant 65h à 80°C en présence de sels. Les clones obtenus regroupés en deux familles (Famille I et Famille II) possèdent chacune des caractéristiques physico-chimiques propres ainsi que des structures secondaires différentes. Ainsi les ARNs de la Famille I présentent une structure secondaire comparable à celle de nombreux viroïdes. Ces deux familles reflètent deux voies possibles conduisant à la thermo-résistance. Les comportements moléculaires ainsi mis en évidence nous permettent de définir les limites de survie dans les conditions primitives (et/ou extrêmes), et démontrent que ce qui est en jeu pour les molécules d’ARN, comme pour les organismes, au cours de l’évolution, est la capacité reproductive (Vergne et al, 2006). Enfin, nous avons caractérisé le comportement d’un ribozyme ASBVd à haute température dans des conditions proches de l’hydrothermalisme (El Murr et al, 2012).

SYNTHÈSES, EVOLUTION DES BRIQUES ÉLÉMENTAIRES, DE FRAGMENTS ET DE PETITS ARNS .

• Nous avons synthétisé au laboratoire des oligoribonucléotides (petits ARNs), en conditions prébiotiques simulant l’hydrothermalisme de surface. En collaboration avec David Deamer (USCC- USA) nous montrons que les sels d’ammonium catalysent la polymérisation de nucléotides standards (sans activateur chimique). (U.S Patent – UC Case N° : SC2013-946 ; PV N°/ 482.36(DJA) et da Silva, L., Maurel, M-C., Deamer, D. J. Mol. Evol., 2015. Misuraca et al, Life, 2017.

• Pérez-Villa, A., Saitta, A. M., Georgelin, T., Lambert, J.-F., Guyot, F., Maurel, M. C., & Pietrucci, F. (2018). Synthesis of RNA nucleotides in plausible prebiotic conditions from ab initio Computer Simulations. The Journal of Physical Chemistry Letters, 9, 4981–4987. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02077

LES VIROÏDES

• Les viroïdes (2 grandes familles : Avsunviroidae et Pospiviroidae) sont les plus petits agents pathogènes des plantes identifiés à ce jour. Ils se composent de 246 à 375 nucléotides et se replient selon des structures compactes linéaires ou ramifiées. Les Avsunviroidae se répliquent dans les chloroplastes et les Pospiviroidae se répliquent dans le noyau cellulaire. Les viroïdes sont des ARN qui se répliquent sans intermédiaire ADN…

Les Avsunviroïdae possèdent un ribozyme qui intervient dans la réaction de coupure lors de la réplication "en cercle roulant" du viroïdes. Nous avons étudié d'une part l'activité auto-catalytique du viroïde lors de sa réplication, d'autre part sa structure et enfin sa réplication dans d'autres hôtes différents des plantes, la levure S. Cerevisae et la cyanobactérie Nostoc sp.…

Abstract:

From ancient to modern worlds - RNA back and forth

Several alternative hypotheses have been proposed for the passage and evolution from ancient to modern worlds. A fundamental paradigm shift occurred in the 1980s, which we can call a "scientific revolution" thanks to the discovery of the catalytic properties of RNA that were until then reserved for proteins only.

We know today several facts showing the structural diversity and the remarkable properties of RNA which support the idea that DNA is a modified RNA. RNA would thus have preceded the world of DNA and proteins.

In 1989, T.O. Diener asked the following question: are there subviral particles, such as pre-viroids, that we can consider as "free fossils" of the pre-cellular RNA world at the border of life?

Today, more and more works are published to explore the antiquity of viroids or pre-viroids and we will present some experimental results (Flores et al, 2022; Hassenkam and Deamer, 2022; Maurel et al 2016, 2019).

Recent references :

Kawamura, K.; Ogawa, M.; Konagaya, N.; Maruoka, Y.; Lambert, J.-F.; Ter-Ovanessian, L.M.P.; Vergne, J.; Hervé, G.; Maurel, M.-C. (2022). A High-Pressure, High-Temperature Flow Reactor Simulating the Hadean Earth Environment, with Application to the Pressure Dependence of the Cleavage of Avocado Viroid Hammerhead Ribozyme. Life 12,1224. https://doi.org/10.3390/ life12081224

Kaddour, H., Lucchi, H., Hervé G., Vergne, J., Maurel, M-C (2021). Kinetic Study of the Avocado Sunblotch Viroid Self-Cleavage Reaction Reveals Compensatory Effects between High-Pressure and High-Temperature: Implications for Origins of Life on Earth, Biology, 10 (8), 720; https://doi.org/10.3390/biology1008072

Maurel, M-C. (2020), Les viroïdes, vestiges du monde ARN à la frontière du vivant ? L'actualité Chimique, N° 455, 41-44

Maurel et al. (2019). RNA Back and Forth : Looking through Ribozyme and Viroid Motifs. Viruses,11, 283.

Hui Bon Hoa, G., Kruglik, S.G., Maurel , M-C. (2019). “Impacts of the Extreme Conditons of Environments on RNA’s structure and function from the Avocado Sunblotch Viroid : Applicaton of NIR-Raman Spectroscopy and ad hoc Baro-Bio-Reactor”. Acta Scientific Microbiology 2.9 (2019): 167-184.

Maurel, M. C. (2018). À la frontière du vivant : les viroïdes. The Conversation - Chronique « En direct des espèces », On line.

Steger, G., Riesner, D., Maurel M-C, Perreault, J-P. Viroid Structure. In: Ahmed Hadidi, Ricardo Flores, John W. Randles and Peter Palukaitis, editors, Viroids and Satellites. Oxford: Academic Press, (2017), pp. 63-70. ISBN: 978-0-12-801498-1

Leclerc, F. , et al. (2016). Self-assembly Controls Self-cleavage of HHR from ASBVd (−): a Combined SANS and Modeling Study. Scientific Reports, 6:30287 | DOI: 10.1038/srep30287

Latifi, A., et al. (2016) Replication of Avocado Sunblotch Viroid in the cyanobacterium Nostoc sp. PCC 7120. J Plant Pathol Microbiol 7: 341. Doi :10.4172/2157-7471.1000341

Kaddour, H., et al. (2014) Inhibition by polyamines of the hammerhead ribozyme from a Chrysanthemum chlorotic mottle viroid. Biochem. Biophys. Acta, 1840, 1670-1675.

Hui-Bon-Hoa, G., et al. (2014) Raman spectroscopic characterization of avocado sunblotch viroid: Structural response to external perturbations and self-cleavage activity. BMC Biophysics, 7:2, 2-15.

Delan-Forino,C., et al. (2014) Structural and functional analyses of Avocado sunblotch viroid reveal differences in the folding of the plus and minus RNA strands. Viruses, 6, 489-506.

Kaddour, H., et al. (2011) High-pressure analysis of a hammerhead ribozyme from Chrysanthemum chlorotic mottle viroid reveals two different populations of self-cleaving molecule. FEBS Journal ; 278, 3739–3747.

Delan-Forino,C., et al. (2011) Replication of Avocado Sunblotch Viroid in the Yeast Saccharomyces cerevisiae. Journal of Virology, 85(7):3229-38.

Hussein Kaddour, Honorine Lucchi, Guy Hervé, Jacques Vergne and Marie-Christine Maurel (2021). Kinetic Study of the Avocado Sunblotch Viroid Self-Cleavage Reaction Reveals Compensatory Effects between High-Pressure and High-Temperature: Implications for Origins of Life on Earth . Biology 2021, 10,720. https://doi.org/10.3390/ biology10080720

VESTIGES MOLECULAIRES

• Dans le but d'identifier des "vestiges" plausibles de molécules prébiotiques nous nous intéressons aux nucléosides, nucléotides et analogues ainsi qu'au PRPP, molécule clef du métabolisme intermédiaire contemporain (Akouche et al, Chemistry, 2016; Georgelin et al, Carbohydrate research, 2015; Akouche et al, Angewandte Chemie International, 2017; Pérez-Villa et al, The Journal of Physical Chemistry Letters, 2018).

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• Expédition scientifique en Islande (Juillet 2022) : En collaboration avec David Deamer (UCSC), Dr. Snædís Björnsdóttir, Inst. of Life and Environmental Sciences, Askja, Sturlugata 7, IS-102, Reykjavík, ICELAND, Marco Saitta (IMPMC) nous explorons et prélevons des échantillons provenant de différents sites tels que Þingvellir, le rift et le nouveau volcan à Gekdingadalur près de Krísuvík. II a émergé il y a un an et le magma proviendrait du manteau profond. Nous rechercherons des vestiges moléculaires et/ou viraux ou cellulaires dans ces prélèvements. (Voir onglet Islande).

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