Démystifier la cinétique d'hybridation de l'ADN
Des nanoscientifiques et des physiciens théoriciens du nœud EMBL Australia de l'UNSW Medicine & Health, spécialisé dans la science des molécules uniques, ont uni leurs forces pour démystifier les mécanismes complexes qui régissent la vitesse à laquelle deux brins d'ADN identiques peuvent s'assembler complètement - ou s'hybrider - pour former un ADN double brin. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nucleic Acids Research.
Photo by Sangharsh Lohakare on Unsplash
Une théorie a été proposée il y a une cinquantaine d'années, selon laquelle la rapidité de l'hybridation des brins d'ADN est déterminée par le contact initial qui conduit à une liaison supplémentaire de la chaîne de bases correspondantes sur les brins d'ADN - appelée interactions de nucléation. Jusqu'à présent, cette théorie n'avait jamais été prouvée en raison des nombreuses complexités de la biologie de l'ADN.
"Il existe un nombre énorme de voies par lesquelles deux brins entièrement dissociés peuvent se lier l'un à l'autre. Les brins d'ADN ne s'assemblent pas en un duplex entièrement hybridé en un instant. À un moment donné, deux ou trois paires de bases vont se joindre spontanément. C'est ce qu'est un événement de nucléation", a déclaré le professeur associé Lawrence Lee, qui a dirigé l'équipe de chercheurs de l'UNSW Medicine & Health, de l'UNSW Science et de l'Imperial College London.
"Nous avons construit un modèle mathématique simple, qui ne comporte que deux paramètres, et nous nous sommes demandé : si nous ne connaissions que le nombre d'interactions de nucléation et leur stabilité, pourrions-nous prédire les taux d'hybridation ? Et nous avons constaté que la réponse était oui", a-t-il déclaré.
Pour tester ce modèle quantitativement, l'équipe de recherche a traduit l'hypothèse initiale en une formule mathématique qu'elle a pu utiliser pour comparer ses observations expérimentales avec de l'ADN synthétique.
Le professeur adjoint Lee explique que la simplicité était essentielle au pouvoir prédictif de leur modèle.
"Si un modèle mathématique contient trop de paramètres différents, il n'est plus utile pour faire des prédictions. La principale différence par rapport aux tentatives précédentes de comprendre les taux d'hybridation de l'ADN est que notre modèle comporte peu de paramètres et a été testé sur des séquences d'ADN qui ne devraient pas former de structures secondaires", a-t-il déclaré.
Les structures secondaires de l'ADN se forment lorsque les brins se replient sur eux-mêmes, ce qui peut potentiellement masquer les sites de nucléation et de liaison.
"La théorie est la suivante : si cette petite interaction initiale est suffisamment stable, on passe à une fermeture éclair très rapide des brins d'ADN. Si l'étape limitante est la nucléation, il s'ensuit que si vous avez plus d'états de nucléation, alors l'ADN devrait s'hybrider plus rapidement", a déclaré le professeur adjoint Lee.
Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension des systèmes biologiques. La capacité de prédire ou de contrôler la vitesse d'hybridation de l'ADN pourrait également contribuer à affiner ou à étendre l'utilité des nanotechnologies. Grâce à cette nouvelle compréhension, les chercheurs peuvent ajuster le nombre et la stabilité des interactions de nucléation et, à leur tour, contrôler le taux de liaison de l'ADN. Ils peuvent y parvenir de plusieurs façons, notamment en modifiant la température de la réaction, la séquence d'ADN et la force ionique de la solution.
"Nous pouvons générer des images à haute résolution en utilisant la peinture à ADN - des brins d'ADN fluorescents utilisés comme marqueurs pour la microscopie - car nous mesurons la liaison et la déliaison de l'ADN à des molécules individuelles. Mais l'acquisition des données peut prendre beaucoup de temps. Si nous pouvions concevoir rationnellement des séquences pour la peinture à l'ADN, afin qu'elle puisse se lier plus rapidement, nous pourrions réduire le temps d'acquisition pour l'imagerie à super-résolution", a déclaré le professeur adjoint Lee.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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