Un ribozyme est une molécule d’acide ribonucléique (ARN) qui a la capacité d’agir comme un catalyseur dans une réaction chimique. Le terme ribozyme est une abréviation d’enzyme acide ribonucléique. Avant la découverte des ribozymes dans les années 1980, on pensait que seules les protéines pouvaient agir comme des enzymes et catalyser des réactions. On sait maintenant que les ribozymes participent également à de nombreuses fonctions intracellulaires importantes et peuvent avoir des applications thérapeutiques en raison de leur capacité à cliver l’ARN. Les ribozymes peuvent être synthétisés artificiellement ainsi que produits naturellement.
La fonction principale des ribozymes est de diviser les liaisons phosphodiester des molécules d’ARN cibles par hydrolyse. Les liaisons phosphodiester sont des liaisons covalentes qui relient les nucléotides de l’ARN et de l’ADN ensemble, formant l’épine dorsale de la molécule. L’hydrolyse implique l’ajout d’une molécule d’eau, qui a pour effet de dissoudre les liaisons. Les ribozymes utilisent l’hydrolyse pour cliver d’autres molécules d’ARN ou eux-mêmes, parfois également en ligaturant ou en connectant deux molécules d’ARN séparées ensemble dans un processus appelé épissage.
L’étude de l’épissage de l’ARN dans l’organisme unicellulaire Tetrahymena thermophila a conduit à la découverte des ribozymes au début des années 1980. Thomas Cech, professeur à l’Université du Colorado aux États-Unis, a découvert que l’ARN de cet organisme pouvait à la fois se couper et se ligaturer en l’absence de toute protéine catalysante. Cech et Sidney Altman, professeur à l’Université de Yale, ont reçu le prix Nobel de chimie 1989 pour leurs recherches sur les ribozymes.
En plus de l’épissage, les ribozymes catalysent l’assemblage d’acides aminés en protéines au cours du processus de traduction. La traduction se produit lorsque l’information génétique contenue dans l’ARN messager (ARNm) est décodée en une séquence d’acides aminés par l’activité des ribosomes. L’ARN ribosomal (ARNr), un composant principal des ribosomes, peut donc également être considéré comme un ribozyme.
De nombreux types différents de ribozymes existent et ont été étudiés dans leur état naturel. Deux d’entre eux, le ribozyme en épingle à cheveux et le ribozyme en tête de marteau, se trouvent dans les ARN satellites des virus végétaux. Les ribozymes Hammerhead ont été modifiés en laboratoire pour être utilisés comme agents de clivage de l’ARN.
On pense que les ribozymes en tête de marteau modifiés peuvent avoir des applications cliniques en thérapie génique. La capacité de cliver l’ARN peut aider à combattre les rétrovirus, car les rétrovirus reposent sur un génome d’ARN pour la duplication dans la cellule hôte. Les chercheurs ont également développé des ribozymes entièrement synthétiques pour des applications médicales similaires. Les ribozymes en tête de marteau modifiés et les ribozymes synthétiques font l’objet de recherches spécifiques en tant qu’options thérapeutiques pour le traitement du virus de l’immunodéficience humaine (VIH).