Une nouvelle méthode révolutionnaire permet de manipuler la forme et l'agencement de l'ADN
La méthode ouvre de nouvelles voies d'exploration passionnantes en biologie moléculaire, en nanotechnologie et au-delà.
Une cellule humaine contient environ 2 mètres d'ADN, soit l'essentiel de l'information génétique d'un individu. Si l'on déroulait et étirait tout l'ADN contenu dans une seule personne, il s'étendrait sur une distance stupéfiante, suffisante pour atteindre le soleil et revenir 60 fois. Pour gérer un tel volume d'informations biologiques, la cellule compacte son ADN en chromosomes très serrés.
Pliage de l'ADNdb à l'aide de triplex, a) Une séquence d'ADNdb contenant des domaines formant des triplex (colorés) est pliée par quatre brins TFO, c'est-à-dire de l'ADN simple brin agissant comme des agrafes, en une structure en épingle à cheveux. b) Images de deux structures en épingle à cheveux réalisées à l'aide de la microscopie à force atomique (AFM). c) Structure en forme de S formée à partir d'un ADN polypyrinique. d) Assemblage d'un grand origami TFO ressemblant à une structure de fleur en pot à partir d'un morceau d'ADN double brin de 9 000 bases de long. Barre d'échelle = 100 nm
Gothelf Lab, Aarhus University
"Imaginez l'ADN comme une feuille de papier sur laquelle sont écrites toutes nos informations génétiques". explique Minke A.D. Nijenhuis, co-auteur de la réponse. "Le papier est plié en une structure très serrée afin de faire tenir toutes ces informations dans un petit noyau cellulaire. Toutefois, pour lire l'information, il faut déplier et replier certaines parties du papier. Cette organisation spatiale de notre code génétique est un mécanisme central de la vie. Nous avons donc voulu créer une méthodologie qui permette aux chercheurs de concevoir et d'étudier le compactage de l'ADN double brin".
La structure en triple hélice assure la protection et la compacité
L'ADN naturel est souvent double : un brin pour coder les gènes et un brin de secours, entrelacés en une double hélice. La double hélice est stabilisée par les interactions Watson-Crick, qui permettent aux deux brins de se reconnaître et de s'apparier. Il existe cependant une autre catégorie d'interactions moins connue entre les ADN. Ces interactions dites de Hoogsteen normales ou inversées permettent à un troisième brin de s'y joindre, formant ainsi une magnifique triple hélice.
Dans un article récent, publié dans Advanced Materials, des chercheurs du laboratoire Gothelf présentent une méthode générale d'organisation de l'ADN double brin, basée sur les interactions de Hoogsteen. L'étude démontre sans ambiguïté que les brins formant le triplex sont capables de plier ou de "replier" l'ADN double brin pour créer des structures compactes. L'aspect de ces structures va de formes bidimensionnelles creuses à des constructions 3D denses et tout ce qui se trouve entre les deux, y compris une structure ressemblant à une fleur en pot. Gothelf et ses collègues ont baptisé leur méthode "origami triplex".
Avec l'origami triplex, les scientifiques peuvent atteindre un niveau de contrôle artificiel de la forme de l'ADN double brin qui était inimaginable auparavant, ouvrant ainsi de nouvelles voies d'exploration. Il a récemment été suggéré que la formation de triplex joue un rôle dans le compactage naturel de l'ADN génétique et l'étude actuelle pourrait permettre de mieux comprendre ce processus biologique fondamental.
Potentiel en matière de thérapie génique et au-delà
Les travaux démontrent également que la formation de triplex médiée par Hoogsteen protège l'ADN contre la dégradation enzymatique. La capacité de compacter et de protéger l'ADN grâce à la méthode de l'origami triplex pourrait donc avoir de grandes implications pour la thérapie génique, dans laquelle les cellules malades sont réparées en codant une fonction qui leur manque dans un morceau d'ADN double brin livrable.
Cette merveille biologique qu'est la séquence et la structure de l'ADN a également été appliquée à l'ingénierie des matériaux à l'échelle nanométrique, ce qui a donné lieu à des applications dans les domaines de la thérapeutique, du diagnostic et bien d'autres encore. "Au cours des quatre dernières décennies, la nanotechnologie de l'ADN s'est presque exclusivement appuyée sur les interactions de base Watson-Crick pour apparier des brins d'ADN simples et les organiser en nanostructures personnalisées". déclare le professeur Kurt V. Gothelf. "Nous savons maintenant que les interactions de Hoogsteen ont le même potentiel pour organiser l'ADN double brin, ce qui représente un élargissement conceptuel important pour ce domaine".
Gothelf et ses collègues ont démontré que le repliement médié par Hoogsteen est compatible avec les méthodes de pointe basées sur Watson-Crick. Toutefois, en raison de la rigidité comparative de l'ADN double brin, les structures d'origami triplex nécessitent moins de matériaux de départ. Cela permet de former des structures plus grandes à un coût nettement inférieur.
La nouvelle méthode est limitée par le fait que la formation de triplex nécessite généralement de longs tronçons de bases puriques dans l'ADN double brin et les chercheurs ont donc utilisé des séquences d'ADN artificielles, au lieu de l'ADN génétique naturel. Les chercheurs ont donc utilisé des séquences d'ADN artificiel au lieu d'ADN génétique naturel. Toutefois, à l'avenir, ils s'efforceront de surmonter cette limitation.
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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