Synthèse d'ARN en conditions prébiotiques

RNA synthesis in prebiotic conditions

• Auteur / Autrice : Laura Da Silva
• Direction : Marie-Christine Maurel, David W Deamer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 01/12/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de systématique, évolution, biodiversité (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Capy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Christine Maurel, David W Deamer, Pierre Capy, Jean-Luc Décout, Ernesto Di Mauro, Joseph Zaccai
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Décout, Ernesto Di Mauro

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthèse hydrothermale

ARN

Origine de la vie

Mots clés libres

Conditions hydrothermales

Monde à ARN

Synthèse d'ARN

Hydrothermal fields

RNA world

RNA synthesis

Résumé

L'une des questions essentielles concernant l'origine de la vie est de comprendre les étapes de l'évolution ayant permis le passage d’une chimie prébiotique complexe aux premières étapes biologiques. Les constituants cellulaires actuels nous permettent de suivre le lien des produits chimiques aux métabolites biochimiques, de l'ancien au monde moderne. De nombreuses preuves soutiennent l'hypothèse du "monde à ARN" stipulant qu’au début de l'évolution de la vie, l'ARN était responsable à la fois du stockage et du transfert de l'information génétique mais aussi de la catalyse de réactions biochimiques. Dans cette thèse, j’ai étudié la synthèse non-enzymatique d’ARN dans des conditions prébiotiques. Ces conditions simulent les processus hydrothermaux qui se produisent dans les sources chaudes hydrothermales modernes et étaient vraisemblablement omniprésentes sur la Terre primitive. J’ai ensuite recherché les conditions optimales permettant la synthèse de longs polymères d’ARN et montré que la présence d’une matrice cristalline augmente de manière significative le rendement et la longueur des polymères synthétisés. Enfin, j’ai examiné la stabilité des polymères nouvellement synthétisés dans ces conditions hydrothermales and comparé la dégradation par dépurination des nucléotides et polymères en présence des deux agents organisateurs favorisant la polymérisation, soit des phospholipides, soit des sels cristallins. Nous avons conclu que, bien que la décomposition des nucléotides ait lieu dans ces conditions, des nucléotides puriques sont toujours disponibles pour participer à la synthèse de polymères et que la présence de phospholipides protège les nucléotides contre la dégradation.

One remaining crucial point in the early life history is to understand how evolution passed from complex prebiotic chemistry to simple biology. Current cellular facts allow us to follow the link from chemical to biochemical metabolites, from the ancient to the modern world. A substantial weight of evidence supports the “RNA world” hypothesis stipulating that the earliest forms of life passed through a phase in which RNA served both for the storage and transfer of genetic information and for the catalysis of biochemical reactions. In this thesis, we studied the non-enzymatic synthesis of RNA under simulated prebiotic conditions. These conditions simulated hydrothermal processes that commonly occur in volcanic hydrothermal fields today and were presumably ubiquitous on the primitive Earth. We then looked for optimal conditions allowing synthesis of long RNA-like polymers and showed that the presence of crystalline matrix significantly increases the yield and length of synthesized polymers. Finally, we investigated the stability of the synthesized polymers under hydrothermal conditions and compared the degradation by depurination of nucleotides and polymers in the presence of two organsing agents that promotes polymerisation, either phospholipids or salts crystals. We concluded that although decomposition of nucleotides occurs in these simulated conditions, purine nucleotides are still available to participate in polymers synthesis and the presence of phospholipids protects nucleotides against degradation.