Laboratoire de chimie des processus biologiques
Publié le 17 novembre 2022

La maturation des ARN de transfert dont le dysfonctionnement est à l’origine de certaines maladies ! Tel est l’objet de recherche de Jingjing Zhou, doctorante au sein du Laboratoire de chimie des processus biologiques du Pr Marc Fontecave du Collège de France.

Quelles sont les maladies autour desquelles vous travaillez ?

Elles sont assez diverses. Le mécanisme que j’étudie se situe au centre d’un « carrefour » : il va affecter différents aspects dans notre corps. Par exemple, il est lié au diabète de type 2, à des maladies génétiques plutôt rares comme l’insuffisance hépatique infantile aiguë, ou encore au syndrome de Leigh, qui est un trouble cérébral progressif. Le point commun entre ces maladies est un défaut de synthèse des enzymes qui modifient les ARN de transfert (ANRt).

Quel est le rôle de ces ARN de transfert dans les processus biologiques du corps humain ?

Les ARN interviennent notamment dans la synthèse des protéines. Les protéines sont des molécules biologiques constituées d’acides aminés qui sont fondamentaux pour l'activité du corps humain. Elles sont comme les ouvrières du métabolisme. Elles participent également à la composition de la peau, des muscles, etc. Leurs fonctions sont très larges : elles sont la base de la vie.

Pour synthétiser des protéines, notre corps a besoin des informations génétiques qui sont stockées sous forme d’ADN. Or, ces informations ne sont pas directement accessibles par le corps. Pour qu’elles puissent être utilisées pour la synthèse des protéines, il faut des agents de transmission de ce message (ARN messager) et de transfert des acides aminés selon l’instruction du message ; c’est le rôle des ARN de transfert. C’est pour ces raisons que je parlais d’un point de « carrefour ».

Vu la variété de leurs rôles, les ARN interviennent dans la synthèse de différentes protéines qui engendrent différents effets sur le corps. Je travaille sur les ARN de transfert pour comprendre leur fonctionnement : comment s’assurer que les informations génétiques puissent être correctement lues avant d’être transférées pour instruire la synthèse des protéines demandées. Les maladies que j’évoquais sont en partie causées par le dysfonctionnement de ces ARNt de transfert.

Vous travaillez sur la chimie du corps humain…

Le domaine de la chimie dans lequel je travaille s’appelle la biochimie. La biologie et la chimie ont un lien très étroit. Si c’est une discipline vaste, pour moi la chimie est l’étude des propriétés de la matière jusqu’à l’échelle atomique et des effets de leurs interactions entre elles. Ce sont les différentes réactions chimiques qui permettent le fonctionnement du système biologique. Je travaille dans le Laboratoire chimie des processus biologiques du Pr Marc Fontecave au sein de l’équipe Enzymes de modification des ARNs, qui s’intéresse à ces processus biochimiques. Par exemple, un ARN de transfert est un assemblage, notamment, d’atomes de carbone, d’azote, d’oxygène et d’hydrogène. Pour que ces molécules puissent être créées, stabilisées et fonctionnelles, il y a différents processus chimiques en jeu, comme la sulfuration qui consiste en l’incorporation de soufre dans certains ARNt.

C’est ce processus de sulfuration qui constitue votre objet de recherche ?

Plus particulièrement, je m’intéresse au processus de sulfuration catalysée par les enzymes. Une enzyme est une protéine qui accélère les réactions biochimiques, on dit qu’elle les catalyse. Dans le mécanisme que j’étudie, l’enzyme permet la sulfuration, c’est-à-dire l’incorporation d’atomes de soufre dans l’ARN. Mais pour être pleinement fonctionnelles, ces enzymes ont besoin de ce que nous appelons un « cofacteur ». Sans celui-ci, la réaction serait moins efficace, voire impossible. Cet intermédiaire, métabolisé par notre corps, est constitué de quatre atomes de fer et de quatre atomes de soufre. On le nomme centre [4Fe-4S]. Il est essentiel pour l’activité de l’enzyme, et c’est possiblement un problème de métabolisation de ce cofacteur qui toucherait les patients atteints des pathologies que j’évoquais. C’est le point central de mes recherches. Ce mécanisme a déjà été étudié dans les années 2000, mais les progrès techniques nous permettent aujourd’hui d’en préciser le fonctionnement.

Comment organisez-vous votre quotidien ?

Dans mon travail, il va s’agir de reproduire ce processus de maturation des ARNt. Il y a tout d’abord la culture des bactéries sur lesquelles je vais intervenir. Elles sont génétiquement modifiées pour pouvoir synthétiser en grande quantité l’enzyme dont nous avons besoin. Puis, j’extrais ces protéines qui m’intéressent grâce à un procédé de sonication. Ce sont des ultrasons projetés par une sonde qui créent une pression venant éclater les parois de la bactérie. Après une purification pour éliminer les protéines indésirables, tout se passe dans une « boîte à gants ». C’est un caisson qui isole les protéines de l’air ambiant, où j’incorpore ensuite le cofacteur [4Fe-4S] dans la protéine, car il est sensible à l’oxygène et se dégrade à son contact. Enfin, la dernière étape est le test de fonctionnement de cette unité assemblée. Pour cela, je viens incuber les ARNt non modifiés avec l’enzyme que je viens de créer in vitro en présence des autres cofacteurs nécessaires. Si cette unité enzymatique est fonctionnelle, il y aura la présence de soufre au sein de l’ARNt que l’on peut détecter par diverses techniques de caractérisation.
Et bien sûr… lire des articles et échanger avec ma directrice de thèse, la Dr Béatrice Golinelli, ainsi qu’avec d’autres chercheurs sont de véritables sources d’inspiration pour avancer sur les projets.

Ces recherches peuvent-elles avoir une application directe ?

Certains problèmes de santé liés aux ARNt sont dus à une déficience dans la métabolisation du soufre. La plupart des traitements actuels consistent à pallier ce manque, par exemple un des seuls traitements actuels consiste en un apport extérieur en L-cystéine, le principal donneur de soufre dans les cellules. Cela ne fait qu’atténuer les symptômes, ce n’est pas curatif. Si nous arrivons à comprendre comment ces mécanismes fonctionnent à l’échelle moléculaire, cela donnerait des pistes pour de futurs traitements plus efficaces. On pourrait imaginer réactiver la synthèse d’ARNt soufré chez les patients chez qui elle ne fonctionne pas. Mais tout cela est encore très loin d’une application pratique, nous n’en sommes qu’à l’étape de la  recherche fondamentale.

Comment vous est venu votre intérêt pour ces questions ?

Comme beaucoup de parcours de chercheurs, c’est le fait du hasard. Après mon baccalauréat littéraire en Chine, je suis venue en France. Je voulais apprendre le français et découvrir l’art européen. Je me suis installée à Reims, dans l’objectif de suivre un parcours d’œnologie. On peut dire que j’ai été prise par la culture du vin qui m’entourait ! Ce sont des études très techniques qui laissent une large place à la chimie. C’est comme cela que j’ai commencé mon parcours en microbiologie et en biochimie. Durant ma licence, nous avions un cours d’enzymologie qui m’a beaucoup plu par son côté rationnel. J’étais fascinée par l’efficacité des enzymes naturelles face à celles que l’homme produit. J’ai donc continué dans le domaine de la biochimie, jusqu’à mon master en sciences du médicament dont le stage de master 2 s’est déroulé avec la Dr Béatrice Golinelli au Collège de France.

Vous avez soutenu votre thèse récemment, pensez-vous continuer dans le domaine de la recherche ?

J’aimerais m’orienter vers l’industrie pharmaceutique. La pharmacologie est un domaine qui s’appuie beaucoup sur l’utilisation des enzymes. Je suis très intéressée par l’aspect pratique de la recherche. De plus, afin de m’ouvrir au milieu industriel, j’ai fait une formation complémentaire lors de ma troisième année de thèse qui s’intitule « Business Foundations Certificate ». Il s’agit d’un programme en collaboration entre l’école de commerce INSEAD et Sorbonne Université. C’est une expérience très enrichissante qui me permet de rencontrer des gens de différents secteurs et de m’inciter à réfléchir à faire quelque chose qui pourrait véritablement aider, comme participer au développement d’un traitement d’une façon plus concrète qu’en recherche fondamentale. C’est pour moi l’intérêt majeur des activités de recherche.

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Jingjing Zhou travaille sous la responsabilité de la Dr Béatrice Golinelli de l’équipe Enzymologie moléculaire et structurale, au sein du Laboratoire chimie des processus biologiques dirigé par le Pr Marc Fontecave. Sa thèse s’intitule « Nouvelles fonctions des centres [4Fe-4S] dans des réactions non rédox : études biochimiques et structurales de thiouridylases d’ARN de transfert et d’une thiouracile désulfidase ».

Photos © Patrick Imbert
Propos recueillis par Aurèle Méthivier