8•Monsieur Loyal ou le génome

8•Monsieur Loyal ou le génome

Épisode 8, Covid-19, avril 2020

Le chef d’orchestre et ses artistes

Dans la chronique n°4, je vous ai peut-être laissé sur votre faim au moment où après avoir réussi à rentrer par effraction sur la piste du cirque (milieu intracellulaire), le virus va se déchaîner pour perturber le spectacle si bien rôdé qui se joue habituellement. Comme je l’ai déjà dit, tout cirque possède son monsieur Loyal très facilement reconnaissable avec son chapeau haut de forme noir, sa tunique toute rouge aux épaulettes dorées bardée d’une double série de boutons eux aussi dorés et son pantalon noir. Le monsieur Loyal cellulaire a aussi toujours une longue baguette, signe que c’est bien lui le chef d’orchestre du spectacle proposé. Les virus sont quant à eux essentiellement des Messieurs Loyal ne disposant pas de piste de cirque attitrée, et sont en quelque sorte des genre d’intérimaires, apte à orchestrer la piste, mais pour leur propre profit et non pour le profit d’un organisme multi-cellulaire. Les biologistes qui sont des gens très sérieux, ne s’expriment pas bien sûr en ces termes et utilise un vocabulaire plus technique où Monsieur Loyal d’identifie au «génome». Pour ceux qui n’ont pas fait de grec, ce terme est la contraction de deux mots grecs «génos» qui est en rapport avec la naissance et «nomos» qui est relatif à ce dont on fait usage selon des lois bien codifiées. Autrement dit transmettre son génome, c’est donner le pouvoir de créer des être vivants selon des règles de conduite bien précises. C’est essentiellement pour cela que je n’hésite pas un seul instant à ranger les virus dans la catégorie des êtres vivants car eux aussi ont un génome transmis à leur descendance. Le fait qu’il n’ont pas de piste de cirque attitrée comme le génome cellulaire importe peu, puisqu’ils sont nés à un époque où il n’y avait aucune piste de cirque. Mieux, si l’on veut être honnête, ce sont les virus qui ont inventé de toutes pièces le cirque cellulaire que l’on peut contempler aujourd’hui. Car tout ce cirque, il a bien fallu le construire patiemment durant un milliard d’années. Deux personnages du cirque vont nous intéresser dans cette chronique : Monsieur Loyal bien sûr mais aussi un artiste incontournable de tout spectacle de cirque : le prestidigitateur. Ici nous ferons référence aux mots latins prae = devant, en avant ; steti = se tenir debout et digitus = doigts. Car le prestidigitateur c’est quelqu’un qui se tient debout pour mettre en avant ses doigts lors d’un spectacle. Son rôle est essentiel car avec lui tout est possible, même les choses les plus folles et les plus extravagantes. Vous l’avez bien sûr reconnu, ce prestidigitateur c’est le ribosome qui tire son nom du grec ancien sôma (« corps ») et du nom d’un sucre que l’on retrouve parfois dans les météorites, le ribose, isolé pour la première fois en 1891 par les chimistes allemand Emil Fisher et Oscar Piloty. Ce nom de ribose provient d’une transposition du nom d’un autre sucre, l’arabinose (épimère en position 2’ du ribose), que l’on trouve dans la gomme arabique, ou gomme d’acacia, produit déjà utilisé dans l’Égypte antique (IIIe millénaire AEC) sous le nom de kami afin d’assurer la cohésion des bandages de momies. Le ribosome est donc un corps dont l’un des composants essentiel est le ribose, sucre omniprésent sous de multiples formes chimiques dans toute cellule vivante et bien sûr dans tout virus. Si j’assimile le ribosome à une prestidigitateur, c’est qu’il s’agit d’une machine moléculaire diabolique qui sous la gouvernance d’un monsieur Loyal peut faire sortir de son chapeau n’importe quelle protéine. La vidéo localisée à l’URL https://www.youtube.com/watch?v=morl5e-jBNk, permet de voir cette machine infernale en action et vous donnera une idée de son incroyable dextérité à tricoter des protéines en écoutant les recommandations émises par les émissaires (appelés ARN messagers ou mARN) envoyés par le Monsieur Loyal en service dans le crique. 

ADN et eau

Essayons donc de bien comprendre les liens très intime existant entre un Monsieur Loyal (ARN ou ADN) et ses prestidigitateurs (ribosomes), véritables esclaves aveuglement soumis aux ordres envoyés par des messages brefs (mARN) mais hautement significatifs. À tout seigneur, tout honneur, nous commencerons donc par décrire la structure générale d’un Monsieur Loyal de base sans son costume de scène fait de protéines dite «chaperonnes» et bien sûr d’eau, molécule sans laquelle notre Monsieur Loyal exploserait en mille morceaux en moins d’un milliardième de seconde. Il faut trois ingrédients de base pour faire un Monsieur Loyal pleinement opérationnel. Le premier ingrédient est du sucre, le ribose, obtenu en polymérisant 5 molécules de formaldéhyde (d’où la formule [C{H2O}]5). Le second ingrédient est une molécule d’acide prussique (formule H-C≡N), un redoutable poison à l’état monomère ayant servi dans les chambres à gaz (composant du tristement célèbre Zyklon-B) mais heureusement polymérisé aussi cinq fois sur lui-même pour faire une base azotée appelée adénine (formule [HCN]5 que l’on symbolise par la lettre ‘A’). Si dans cette réaction de polymérisation, on remplace une molécule d’acide cyanhydrique par un autre poison violent, l’acide isocyanique (formule HCNO), on obtient une deuxième base azotée appelée guanine (formule C5H5N5O que l’on symbolise par la lettre ‘G’). Hormis ces deux bases dites «puriques», on doit rajouter deux autres bases dites «pyrimidiques». Ainsi l’uracile (formule C4H4N2O2 que l’on symbolise par la lettre ‘U’) s’obtient en co-polymérisant deux molécules d’acide isocyanique HCNO avec une molécule d’acétylène (formule HC≡CH), tandis que la cytosine (formule C4H5N3O que l’on symbolise par la lettre ‘C’) s’obtient en en rajoutant à la co-polymérisation précédent une molécule d’acide cyanhydrique (H-C≡N) et en éliminant une molécule de monoxyde de carbone (C≡O). On dispose ainsi d’un alphabet à quatre lettres (A,G,U,C) que l’on peut souder à une molécule de ribose pour former quatre types de ribonucléosides par condensation entre la fonction aldéhyde R-CHO du ribose avec une fonction amine R’-NH-R’’ de la base azotée avec élimination d’une molécule d’eau H2O. Enfin le troisième ingrédient est un ion phosphate [PO2(OH)2] que l’on trouve dans l’écorce terrestre sous la forme d’un phosphate de calcium appelé apatite de formule Ca5[PO4]3(OH) que l’on utilise en bijouterie et dont la nature se sert pour faire les os et les dents chez les animaux. Comme le révèle sa formule chimique l’ion phosphate possède une fonction hydroxyle P-OH qui peut être condensée avec la fonction alcool primaire Nu-CH2-OH d’un ribonucléoside pour former un ion ribonucléotide [(A,G,U,C)-Ribose-CH2-OPO2(OH)] avec ici aussi élimination d’une molécule d’eau. On notera qu’un ribonucléotide porte une charge négative et ne peut donc exister que dans l’eau en association avec des cations comme l’ion magnésium Mg2⊕ par exemple, puisque l’ion calcium Ca2⊕ forme un composé hautement insoluble avec les phosphates (du genre apatite). Sans eau, pas de ribonucléotide et donc pas de Monsieur Loyal. 

Un collier de perles

Tout est maintenant en place pour fabriquer un Monsieur Loyal qui sera un long collier de perles (ribonucléotides) formé de 4 types de perles :

HO-Phos-(5’)Rib(1’-A)(3’)-OH, HO-Phos-(5’)Rib(1’-G)(3’)-OH, HO-Phos-(5’)Rib(1’-U)(3’)-OH et HO-Phos-(5’)Rib(1’-C)(3’)-OH.

Comme le montre les formules chimiques des 4 types de perles, chaque perle porte deux fonctions hydroxyles HO-X-OH et HO-Y-OH qui peuvent condenser (HO-X-O-Y-OH) avec élimination d’une molécule d’eau (H2O). On remarquera que ce collier de perles est polaire avec une extrémité de type phosphate (le bout porté par le carbone 5’ du ribose) et l’autre extrémité de type alcool (bout porté par le carbone 3’ du ribose). Si l’on souhaite arrêter la croissance du collier, il suffit donc de retirer soit le bout phosphate, soit le bout alcool. Un point clé lié à cette polarité est que la croissance d’un Monsieur Loyal de type «ARN» se fait toujours depuis le bout phosphate vers le bout alcool et jamais dans le sens inverse. Voici donc l’anatomie complète d’un Monsieur Loyal simple brin à ARN positif :

Coucou-OP-blablabla-(AUG)-genome-(UAG)-blablabla-CO-AAAAAA…

N’oubliez pas que mis à part la partie «Coucou» qui est une protéine «chapeau» attachée au bout phosphate (OP), tout le reste de l’anatomie est une interminable succession de lettres de type A, G, C ou U. Ainsi, pour encoder le Monsieur Loyal du SARS-CoV-2, il faut un total de 29 903 lettres. Les portions de code notées «blablabla» ne sont généralement pas traduites en protéines mais sont des étiquettes qui permettent de savoir dans quelle partie de la piste le génome va pouvoir s’exprimer au mieux. La queue AAAA… accrochée sur le bout alcool (CO) est une succession de longueur très variable de ribonucléotides tous du même type (adénosine A). Lors de la réplication du génome viral, la longueur de cette queue se trouve régulée pour savoir ce qu’il convient de faire. Car ce brin d’ARN peut être utilisé par la cellule hôte de trois manière différentes. Par exemple, le brin positif peut servir de patron pour fabriquer un brin complémentaire de polarité négative, c’est à dire commençant par le bout alcool et se terminant par le bout phosphate, au moyen d’un photocopieur appelé ARN-polymérase ARN-dépendante (RdRp en abrégé). Grâce à ce brin de polarité inverse, le même photocopieur sera capable de générer un nouveau brin de polarité positive. Lorsque la queue est très longue, le brin positif sera expédié vers le ribosome afin qu’il soit traduit en protéines. Enfin, quand il y a une concentration suffisante de brins positifs et de protéines, la longueur de la queue est ajustée pour signaler qu’il faut arrêter les processus de réplication et de traduction. Il est alors temps que les Messieurs Loyal revêtent leurs beaux habits protéiques afin de former de nouveaux virions destinés à être expulsés de la cellule hôte pour aller prêcher l’évangile de l’infection aux autres cellules voisines non encore infectées. Dans la prochaine chronique nous verrons les différentes protéines encodées dans la portion «génome» située entre le triplet (AUG) indiquant où commence le génome et le triplet (UAG mais aussi parfois UAA ou UGA) qui indique où le génome se termine. 

Par Marc HENRY


Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas affichée