- Hypothèse du monde à ARN
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L'hypothèse du monde à ARN (RNA World en anglais) est une hypothèse suivant laquelle l'acide ribonucléique serait le précurseur de toutes les macromolécules biologiques et particulièrement de l'ADN et des protéines. Cette hypothèse permet une explication de l'apparition des différentes fonctions biologiques dans le cadre de l'étude des origines de la vie.
Sommaire
Le paradoxe de l'origine
L'ADN est aujourd'hui le support de nos gènes et contient les instructions de production des protéines. La réplication de l'ADN est assurée par des protéines, les ADN polymérases [1]. Il en résulte un paradoxe de l'œuf et de la poule si on se pose la question de savoir qui des protéines ou de l'ADN est apparu le premier au cours de l'émergence de la vie telle que nous la connaissons aujourd'hui.
La difficulté vient de ce que ce ne sont pas les mêmes polymères qui portent l'information génétique (ADN) et les fonctions catalytiques nécessaires à la réplication (protéines). Ces deux sortes de polymères étant très complexes et chimiquement très différents, il était difficile d'imaginer comment ils avaient pu apparaître simultanément et indépendamment.
Découverte de l'ARN catalytique
Dans les années 1980, Tom Cech et Sidney Altman ont découvert indépendamment que certains ARN, ensuite appelés ribozymes, pouvaient avoir un rôle de catalyseur, comme les protéines. Cette découverte inattendue a valu à Cech et Altman le prix Nobel de chimie en 1989.
Les ribozymes étant capables d'assurer à la fois le rôle de support de l'information génétique et de catalyseur, cela permettait de s'affranchir du paradoxe, en proposant que l'ARN soit le précurseur unique, ce qui a été proposé en 1986 par Walter Gilbert, le co-inventeur du séquençage de l'ADN. Toutefois l'idée d'une vie à base d'ARN est plus ancienne et remonte à Carl Woese dans The Genetic Code[2].
Arguments soutenant cette hypothèse
La synthèse des désoxyribonucléotides de l'ADN (dA, dC, dT, dG) passe par celle des bases de l'ARN (A, C, U, G), puis une réduction (donnant dA, dC, dG et dU) et une modification supplémentaires pour synthétiser dT à partir de ce dU. Cette voie indirecte serait la trace du passage d'un monde à ARN à un monde à ADN.
Il semble par ailleurs y avoir peu d'homologies entre les enzymes essentielles à la réplication, la réparation et la recombinaison de l'ADN : l'ancêtre commun aux eubactéries, archées et eucaryotes aurait donc été dépourvu d'un certain nombre de ces enzymes (inutiles en l'absence de génome ADN). Ces protéines serait alors apparues indépendamment dans chaque grande lignée (peut-être à partir de gènes viraux dans certains cas).
Passage de l'ARN à l'ADN
Certains scientifiques (comme le virologiste Patrick Forterre de l'institut et de génétique et microbiologie, à Orsay) pensent que ce sont les virus qui seraient les "inventeurs" de l'ADN. L'apparition de l'ADN viral dans un monde à ARN serait une solution de ces parasites pour déjouer les défenses cellulaires. L'ADN présente plusieurs avantages évolutifs par rapport à l'ARN, notamment une plus grande stabilité et la possibilité de détecter les désaminations (génératrices de mutations) de C en U, U n'étant pas normalement présent dans l'ADN.
Difficultés
L'ARN est une molécule complexe et fragile. Pour que l'hypothèse du "RNA world" soit crédible, il faut imaginer qu'un précurseur ARN suffisamment long, capable de se répliquer ait pu émerger spontanément dans la soupe prébiotique. Cet événement semble très improbable à un certain nombre de scientifiques. Pour contourner cette difficulté, il a été proposé qu'un précurseur plus simple que l'ARN ait précédé celui-ci. Des phénomènes aussi fondamentaux et anciens sont très difficiles à étayer, la longue évolution ayant effacé en grande partie leurs éventuelles traces. Il a été également émis comme hypothèse l’émergence et le développement de la vie dans des milieux glacés, l’ARN se développant plus facilement dans la glace que dans des températures élevées (les nucléotides s’assemblent naturellement pour former des brins d’ARN lorsqu’ils sont dans un environnement gelé)[3].
Notes et références
- Biology 6th editon, Raven & Johnson, p. 290
- Carl Woese, The Genetic Code, Harper & Row, 1968 ISBN 978-0-06-047176-7
- (en) James Attwater & al, « Ice as a protocellular medium for RNA replication », dans Nature, 21 septembre 2010 [texte intégral, lien DOI (pages consultées le 22 septambre 2010)]
Sources
- (en) Walter Gilbert, The RNA World Nature 319 (1986): 618
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