À l'intérieur de la cellule, il existe de minuscules gouttes qui n'ont pas de membrane mais se comportent comme des compartiments à part. L'une de ces gouttes, constituée de courts fragments d'ARN identiques, ressemble à une gelée fraîche : elle est transparente, élastique et change facilement de forme. Mais si on l'observe assez longtemps, quelque chose qui ressemble à une éponge commence à pousser en son sein. Au début, cela ne se remarque qu'à la vitesse des molécules : celles du centre bougent plus lentement que celles du bord. Puis la goutte cesse de fusionner avec ses voisines, et son cœur devient presque solide. C'est précisément ce processus, que les scientifiques appellent vieillissement, qu'on a réussi à reproduire dans un modèle informatique et à décortiquer dans le détail.
La cause ne tient pas à la composition, mais à l'ordre des lettres. Chaque chaîne d'ARN à répétitions CAG peut former des paires avec les chaînes voisines, comme une bande auto-agrippante s'accroche à elle-même. Quand ces attaches sont nombreuses, les chaînes s'entremêlent, et la goutte devient intérieurement semblable à un écheveau de fils d'où dépassent des extrémités libres. Au centre de cet écheveau, les molécules ne bougent presque plus, car chacune est coincée par ses voisines. Près du bord, en revanche, il reste plus de liberté, et la goutte y conserve longtemps sa fluidité. Ainsi apparaît une hétérogénéité spatiale : le cœur vieillit plus vite que l'enveloppe.
Pour vérifier l'importance de l'ordre des lettres, les chercheurs ont comparé deux gouttes. La première contenait des répétitions CAG, la seconde les mêmes lettres mais dans un ordre aléatoire. Composition identique, comportement différent. La séquence aléatoire vieillissait quatre à cinq fois plus lentement, car ses chaînes formaient plus rarement des paires solides entre elles. Le problème n'est donc pas de savoir de quoi la goutte est faite, mais comment est écrite l'instruction pour ses molécules.
Ce travail répond à une question qui restait ouverte. On ne savait pas si le vieillissement des gouttes d'ARN pouvait survenir spontanément, uniquement à cause des interactions inscrites dans la séquence. Désormais, c'est clair : oui, il le peut. Et l'hétérogénéité du vieillissement s'explique par un gradient d'appariement des bases. Au centre de la goutte, les paires sont plus nombreuses, les chaînes plus emmêlées, donc tout y fige plus vite. Ce mécanisme ressemble à une boucle de rétroaction : l'appariement déplie les chaînes, le dépliage accroît l'enchevêtrement, l'enchevêtrement ralentit le mouvement, et le mouvement lent renforce le réseau.
Un intérêt pratique pourrait voir le jour en médecine. Dans certaines maladies héréditaires liées aux répétitions CAG, des foyers d'ARN se forment dans les cellules, se solidifient avec le temps et perturbent le fonctionnement normal. Si l'on parvenait à empêcher la solidification irréversible de ces gouttes, on pourrait peut-être ralentir l'évolution de la maladie. Pour l'instant, ce n'est qu'une piste pour de futures recherches, mais les scientifiques disposent maintenant d'une cible moléculaire concrète.
Dans le cœur de la gouttelette, les temps de relaxation sont six fois plus grands qu'en périphérie, et la densité de nœuds d'enchevêtrement y est cinq fois plus élevée. Pourtant, les deux séquences ont la même composition en nucléotides, mais un ordre différent, et cela suffit pour que l'une vieillisse cinq fois plus vite que l'autre.
Non publié sur arXiv. Voici sa page, le PDF et la formalisation : vous pouvez vérifier vous-même, pas seulement lire notre analyse.