Il existe trois macromolécules essentielles dans toutes les espèces de vie. L’acide ribonucléique (ARN) est l’un de ces trois éléments, et l’ARN a la capacité étonnante, en tant que molécule simple brin, de prendre des formes tridimensionnelles au moyen des multiples liaisons hydrogène qui forment son échafaudage structurel secondaire. Les deux autres macromolécules essentielles sont l’acide désoxyribonucléique (ADN) et les protéines ; de ces deux, l’ARN a de nombreuses similitudes avec les protéines dans la fonction et les similitudes avec l’ADN dans la structure chimique. Il existe également des ARN double brin, mais ils sont rares. L’ARN simple brin catalyse les réactions biologiques, est un récepteur et un émetteur de signaux cellulaires et aide au contrôle des expressions géniques.
En 2011, l’ARN simple brin a fait l’objet de sept prix Nobel. De nombreuses recherches entre les prix ont permis de découvrir les fonctions de l’ARN, conduisant à des avancées significatives dans les sciences biologiques et médicales. L’ARN simple brin a été trouvé en 1868, mais mal caractérisé, et ce n’est qu’en 1959 qu’il a reçu un prix Nobel, lorsque Ochoa et Kornberg ont reçu le prix Nobel de médecine après avoir synthétisé de l’ARN dans un laboratoire à l’aide d’une enzyme – encore une fois mal caractérisé; ce n’était pas une véritable synthèse mais une procédure de dégradation. Dans les années 1960 et 1970, deux autres prix ont été décernés pour les découvertes selon lesquelles l’ARN simple brin pouvait non seulement transporter des informations génétiques, mais aussi fonctionner comme un catalyseur de réactions biologiques et pour la découverte que les rétrovirus pouvaient, via des enzymes, répliquer l’ARN en ADN, ce qui ce type de réplication une rue à double sens. Dans les années 1980 jusqu’en 2006, quatre autres prix ont été décernés pour des découvertes dans l’épissage d’ARN, davantage de fonctions de catalyse, des fonctions de microARN et la transcription d’ARN.
L’ARN simple brin joue un rôle dans la synthèse des protéines; lorsque les protéines sont formées dans les ribosomes, c’est l’ARN messager (ARNm) qui dirige l’assemblage et, avec l’ARN de transfert (ARNt), fournit les acides aminés d’accompagnement pour se lier et former les protéines. Les usines ribosomiques de protéines reçoivent des informations génétiques de l’ARNm et les 80 nucléotides de l’ARNt contribuent à la traduction des acides aminés en protéines nouvellement formées. Avec l’utilisation de l’ADN comme matrice, une enzyme connue sous le nom d’ARN polymérase transcrit l’ARN pour de nouveaux brins d’ARN simple brin. Cette même enzyme utilise des matrices d’ARN lorsque des virus à ARN tels que le poliovirus tentent de répliquer leur matériel viral. Il existe une méthode pour mesurer et cribler la fonction de l’ARN simple brin, importante pour comprendre la liaison entre l’ARN et les protéines. La cartographie par interférence d’analogues de nucléotides (NAIM) découvre l’identité de molécules d’ARN particulières qui se lient moins bien aux protéines que les liaisons d’ARN de type sauvage, afin de mieux comprendre le comportement de liaison médiateur avec les protéines.
Comme l’ARN porte des informations génétiques, les virus à ARN contiennent des réplications d’ARN dans leur génome ainsi qu’une variété de protéines codées par ce génome. Certaines protéines protègent ce génome viral lorsqu’il se transforme en un nouvel hôte cellulaire. Ces virus avec des réplications d’ARN résident à leur tour inversent l’ADN de transcription et forment un nouvel ARN simple brin qui propage davantage les virus. Il existe quatre groupes de virus à ARN qui propagent la rougeole, les oreillons, la rage, la grippe, la fièvre jaune et l’encéphalite équine parmi une foule d’autres maladies, et chaque groupe a sa propre méthode de réplication d’un génome viral.
Il est connu que les rhinovirus, y compris le rhume, sont des ARN simple brin qui se répliquent dans le cytoplasme d’une cellule en traitant une protéase virale qui entraîne la libération de protéines infectées par un virus. L’ARN simple brin est également lié à un type d’inflammation qui peut être responsable d’une fibrose cardiaque fœtale pouvant conduire à un bloc cardiaque à la manière d’une réaction auto-immune, entraînant des malformations cardiaques congénitales. Cependant, il existe des découvertes sur l’ARN qui peuvent utiliser l’ARN pour faire taire les gènes dans le corps qui pourraient causer des maladies. Sachant qu’il existe de petites portions d’ARN qui interfèrent avec la fabrication des protéines, certains pensent qu’un jour, l’ARN simple brin fournira des produits pharmaceutiques directement aux protéines.