L’ADN, le modèle de la vie, est une molécule double brin qui peut facilement s’emmêler en raison de sa longueur et des activités cellulaires constantes qui manipulent sa structure. Ces enchevêtrements, s’ils ne sont pas résolus, peuvent perturber des processus essentiels tels que la réplication et la transcription de l’ADN, conduisant potentiellement à une instabilité génomique et à un dysfonctionnement cellulaire.
La gyrase, une topoisomérase de type II, joue un rôle central dans le démêlage des nœuds de l'ADN et dans la prévention de ces catastrophes potentielles. Il y parvient en brisant temporairement les deux brins de la double hélice, en faisant passer le segment enchevêtré à travers l'espace résultant, puis en refermant l'ADN.
Pour comprendre le fonctionnement de la gyrase au niveau moléculaire, les biologistes ont utilisé des techniques d'imagerie avancées et une modélisation informatique pour visualiser et simuler les interactions de l'enzyme avec l'ADN. Ils ont découvert que la gyrase fonctionne selon un mécanisme en deux étapes.
Dans un premier temps, la gyrase se lie à l'ADN et induit un changement de conformation qui ouvre la double hélice, créant un espace transitoire entre les brins complémentaires. Cette étape nécessite l’hydrolyse de l’ATP, la monnaie énergétique cellulaire, fournissant l’énergie nécessaire pour surmonter les liens forts qui maintiennent l’ADN ensemble.
Une fois l’espace créé, gyrase passe à la deuxième étape. Il transporte activement le segment d'ADN enchevêtré à travers l'espace, démêlant efficacement le nœud ou supprimant toute contrainte topologique. Cette étape implique une série de changements conformationnels dans l’enzyme, permettant une manipulation précise de l’ADN.
Comprendre les mécanismes moléculaires de la gyrase permet de mieux comprendre comment les cellules préservent l'intégrité de leur matériel génétique. Ces connaissances ont des implications pour notre compréhension des processus biologiques fondamentaux tels que la réplication, la transcription et la maintenance du génome de l’ADN. Cela ouvre également de nouvelles voies de recherche dans le développement d’antibiotiques ciblant la gyrase chez les bactéries pathogènes, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles stratégies thérapeutiques.
