Une équipe de recherche parvient à une synthèse plus rapide et plus efficace de microarrays d’ARN à haute densité

Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Vienne a réussi à développer une nouvelle version de composants d’ARN présentant une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées. Cela peut réduire considérablement le temps de production des puces à ARN utilisées dans la recherche biotechnologique et médicale.

La synthèse chimique de ces puces est désormais deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Progrès scientifiques.

L’émergence et l’approbation de produits médicaux à base d’ARN, tels que les vaccins à ARNm pendant la pandémie de COVID-19, ont mis la molécule d’ARN sous les feux de la rampe.

L’ARN (acide ribonucléique) est un polymère porteur d’informations, un composé chimique constitué de sous-unités similaires, mais doté d’une diversité structurelle et fonctionnelle bien plus grande que l’ADN.

Il y a environ 40 ans, une méthode a été développée pour la synthèse chimique de l’ADN et de l’ARN, dans laquelle n’importe quelle séquence peut être assemblée à partir de blocs de construction d’ADN ou d’ARN en utilisant la chimie des phosphoramidites.

L’assemblage d’une chaîne d’acide nucléique s’effectue étape par étape à l’aide de ces éléments chimiques spéciaux (phosphoramidites). Chaque élément de construction porte des « groupes protecteurs » chimiques qui empêchent les réactions indésirables et assurent la formation d’un lien naturel dans la chaîne d’acide nucléique.

Surmonter les défis

Cette méthode chimique est également utilisée dans la production de micropuces (microarrays), qui permettent de synthétiser et d’analyser simultanément des millions de séquences uniques sur une surface solide de la taille d’un ongle. Si les microarrays d’ADN sont déjà largement utilisés, l’adaptation de la technologie aux microarrays d’ARN s’est avérée difficile en raison de la faible stabilité de l’ARN.

En 2018, l’Université de Vienne a démontré comment des puces à ARN haute densité peuvent être produites grâce à la photolithographie : en positionnant précisément un faisceau de lumière, des zones de la surface peuvent être préparées pour la fixation du prochain élément de base grâce à une réaction photochimique.

Bien que ce premier rapport ait constitué une première mondiale et reste sans équivalent, la méthode souffrait de longs délais de production, de faibles rendements et d’une mauvaise stabilité. Cette approche a maintenant été grandement améliorée.

Développement d’une nouvelle génération de briques de construction d’ARN

Une équipe de l’Institut de chimie inorganique de l’Université de Vienne, en collaboration avec l’Institut Max Mousseron pour les biomolécules de l’Université de Montpellier (France), a maintenant développé une nouvelle version de blocs de construction d’ARN avec une réactivité chimique et une photosensibilité plus élevées.

Cette avancée réduit considérablement le temps de production des puces à ARN, rendant la synthèse deux fois plus rapide et sept fois plus efficace. Les puces à ARN innovantes peuvent être utilisées pour cribler des millions d’ARN candidats à la recherche de séquences précieuses pour un large éventail d’applications.

« La création de microarrays d’ARN contenant des molécules d’ARN fonctionnelles était tout simplement hors de portée avec notre configuration précédente, mais c’est maintenant une réalité avec ce processus amélioré utilisant le groupe protecteur propionyloxyméthyle (PrOM) », explique Jory Lietard, professeur adjoint à l’Institut de chimie inorganique.

En tant qu’application directe de ces puces à ARN améliorées, la publication présente une étude des aptamères d’ARN, de petits oligonucléotides qui se lient spécifiquement à une molécule cible.

Deux aptamères « lumineux » produisant une fluorescence lors de leur liaison à un colorant ont été choisis et des milliers de variantes de ces aptamères ont été synthétisées sur la puce. Une seule expérience de liaison suffit pour obtenir des données sur toutes les variantes simultanément, ce qui ouvre la voie à l’identification d’aptamères améliorés avec de meilleures propriétés diagnostiques.

« Les puces à ARN de haute qualité pourraient être particulièrement utiles dans le domaine en pleine croissance du diagnostic moléculaire non invasif. Les aptamères à ARN nouveaux et améliorés sont très recherchés, comme ceux qui peuvent suivre les niveaux d’hormones en temps réel ou surveiller d’autres marqueurs biologiques directement à partir de la sueur ou de la salive », explique Tadija Kekić, doctorant dans le groupe de Jory Lietard.