Code génétique « universel » : un cilié d’Oxford fait de deux signaux stop deux acides aminés

Sur 64 codons, un seul signale encore la fin d’un gène chez le cilié Oligohymenophorea sp. PL0344, décrit dans PLOS Genetics le 5 octobre 2023. Ses gènes lisent TAA comme de la lysine et TAG comme de l’acide glutamique, deux des briques des protéines. Il ne reste que TGA pour dire « fin » (l’étude de PLOS Genetics). Ce protiste vient d’une mare des University Parks, à Oxford, et personne ne le cherchait.

Jamie McGowan, chercheur postdoctoral à l’Earlham Institute de Norwich, testait une chaîne de séquençage pensée pour d’infimes quantités d’ADN, celles d’une seule cellule (communiqué de l’Earlham Institute). Il travaillait avec l’équipe de Thomas Richards, à l’université d’Oxford. Les cellules, prélevées en avril 2021, ont été triées par groupes de 5 à 50 avant d’être séquencées. Le protiste choisi pour l’essai s’est révélé être une espèce nouvelle.

« C’est un pur coup de chance que nous ayons choisi ce protiste pour tester notre chaîne de séquençage. »

Jamie McGowan, chercheur postdoctoral (Earlham Institute)

Un alphabet de 64 mots, trois points finaux

L’ADN s’écrit avec quatre lettres, lues trois par trois. Chaque triplet, ou codon, désigne un acide aminé ou un ordre d’arrêt. Quatre lettres lues par trois donnent 64 combinaisons. Presque tous les organismes utilisent le même code : 61 codons pour 20 acides aminés, et trois codons stop, UAA, UAG et UGA (en ARN, le T de l’ADN devient U). Selon les auteurs, ce code est apparu avant le dernier ancêtre commun universel. Il garde la trace d’une origine partagée par tout le vivant.

Imaginez un livre où le point et le point d’exclamation seraient devenus des lettres. Il ne resterait qu’un signe pour clore une phrase. C’est la situation de PL0344 : 95,9 % de ses gènes contiennent à la fois un UAA et un UAG, lus comme des lettres ordinaires. Un seul point final : TGA.

Des dialectes connus, un duo jamais séparé

Le code « universel » a des variantes depuis longtemps. Le registre des codes génétiques du NCBI, la base américaine de référence, en tient 27 tables, numérotées jusqu’à 33. Les mitochondries des vertébrés, les nôtres comprises, lisent UGA comme du tryptophane. Les mycoplasmes, des bactéries sans paroi, font de même. Chez Tetrahymena, Paramecium ou Oxytricha, UAA et UAG codent tous deux la glutamine.

Chez PL0344, les deux codons ont pris des chemins différents. « Dans presque tous les autres cas que nous connaissons, TAA et TAG changent en tandem », explique Jamie McGowan dans le communiqué de l’Earlham Institute. « Nous n’avons connaissance d’aucun autre cas où ces codons stop sont liés à deux acides aminés différents. » Le tableau suivant compte, pour six codes, les codons qui servent encore d’arrêt.

PL0344 fait donc travailler 63 codons sur 64 à la fabrication de ses protéines, deux de plus que le code standard. Il partage ce compte avec Tetrahymena. La différence tient au partage des rôles : là où Tetrahymena attribue ses deux anciens stops au même acide aminé, PL0344 en attribue un à la lysine et l’autre à l’acide glutamique.

Pourquoi les ciliés changent-ils plus souvent de code ?

Sept des dix codes nucléaires alternatifs d’eucaryotes répertoriés par le NCBI concernent des ciliés, soit 70 %. Les auteurs de 2023 décrivent leurs génomes comme « un point chaud » de la variation du code génétique.

Dans la cellule, une protéine nommée eRF1 reconnaît les codons stop et libère la protéine achevée. Des mutations à une extrémité d’eRF1 peuvent modifier les codons qu’elle reconnaît. Il faut aussi des ARN de transfert capables de lire l’ancien stop comme un acide aminé. PL0344 porte 12 gènes de ces ARN « suppresseurs » qui lisent UAA, et 10 qui lisent UAG. Chez les ciliés, ce double changement s’est produit plusieurs fois, de façon indépendante.

En décembre 2024, la même équipe a décrit trois nouvelles réaffectations indépendantes de UAG chez des ciliés de la classe des Phyllopharyngea (PLOS Genetics, 17 décembre 2024). Dans des génomes reconstitués à partir d’échantillons de l’Arctique et de l’océan Austral (expédition Tara Oceans), UAG code la leucine. Chez Hartmannula sinica et Trochilia petrani, il code la glutamine. UAA, lui, y reste le stop préféré.

Le relais de ScienceDaily, en octobre 2026, y lit une souplesse plus répandue qu’on ne le pensait chez les ciliés. Chaque dialecte s’ajoute aux traces d’une évolution qui modifie encore l’une des machineries les plus anciennes du vivant. Quant à PL0344, son nom le dit : « sp. » désigne une espèce qui n’a pas encore reçu de nom.

Article créé en collaboration avec l’IA.