Florian Praetorius et le professeur Hendrik Dietz de l'Université technique de Munich (TUM) ont développé une nouvelle méthode qui peut être utilisée pour construire des structures hybrides personnalisées à l'aide d'ADN et de protéines. La méthode ouvre de nouvelles opportunités pour la recherche fondamentale en biologie cellulaire et pour des applications en biotechnologie et en médecine.

Acide désoxyribonucléique, mieux connu par son abréviation ADN, porte notre information génétique. Mais au professeur Hendrik Dietz et Florian Praetorius de TUM, L'ADN est également un excellent matériau de construction pour les nanostructures. Plier l'ADN pour créer des formes tridimensionnelles à l'aide d'une technique connue sous le nom d'"origami ADN" est une méthode établie de longue date dans ce contexte.

Mais il y a des limites à cette approche, explique Dietz. Les "travaux de construction" se déroulent toujours en dehors des systèmes biologiques et de nombreux composants doivent être synthétisés chimiquement. "Créer des structures définies par l'utilisateur dans des tailles de l'ordre de 10 à 100 nanomètres à l'intérieur d'une cellule reste un grand défi, " ajoute-t-il. Leur technique nouvellement développée permet maintenant aux chercheurs d'utiliser des protéines pour plier l'ADN double brin dans les formes tridimensionnelles souhaitées. Ici, l'ADN et les protéines requises peuvent être génétiquement codés et produits à l'intérieur des cellules.

Les protéines agissent comme des aliments de base

Des "protéines de base" conçues à partir d'effecteurs TAL sont la clé de la méthode. Les effecteurs TAL sont produits dans la nature par certaines bactéries qui infectent les plantes et sont capables de se lier à des séquences spécifiques de l'ADN végétal, neutralisant ainsi les mécanismes de défense de la plante. « Nous avons construit des variantes des protéines TAL qui reconnaissent simultanément deux séquences cibles personnalisées à différents sites de l'ADN, puis les agrafent ensemble, " dit Dietz. " C'était exactement la propriété dont nous avions besoin :des protéines qui peuvent agrafer l'ADN ensemble. "

Le deuxième composant du système est un ADN double brin contenant de multiples séquences de liaison qui peuvent être reconnues et liées par un ensemble de différentes protéines de base. "Dans le cas le plus simple, une boucle peut être créée en liant deux points l'un à l'autre, " explique Praetorius. " Lorsque plusieurs de ces sites de liaison existent dans l'ADN, il est possible de construire des formes plus complexes. » Un aspect essentiel du travail du chercheur a donc été de déterminer un ensemble de règles pour organiser les protéines de base elles-mêmes et comment répartir les séquences de liaison sur le double brin d'ADN afin de créer la forme souhaitée.

De nouveaux outils pour la recherche fondamentale

Quoi de plus, les protéines de base servent de points d'ancrage pour des protéines supplémentaires :une méthode appelée fusion génétique peut être utilisée pour attacher n'importe quel domaine protéique fonctionnel souhaité. Les structures hybrides constituées d'ADN et de protéines fonctionnent alors comme un cadre tridimensionnel qui peut placer les autres domaines protéiques dans une position spatiale particulière. Tous les éléments constitutifs des structures hybrides de protéines d'ADN peuvent être produits par la cellule elle-même, puis s'assembler de manière autonome. Les chercheurs ont pu produire les hybrides dans des environnements ressemblant à des cellules à partir d'informations génétiques. « Il y a une probabilité assez élevée que cela fonctionne également dans les cellules réelles, " dit Dietz.

La nouvelle méthode ouvre la voie au contrôle de l'arrangement spatial des molécules dans les systèmes vivants, qui permet de sonder les processus fondamentaux. Par exemple, on suppose que l'arrangement spatial du génome a une influence substantielle sur les gènes pouvant être lus et sur l'efficacité du processus de lecture. La création intentionnelle de boucles à l'aide de structures hybrides TAL-ADN dans l'ADN génomique peut fournir un outil pour étudier de tels processus.

Il serait également possible de positionner géométriquement une série de protéines à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule de manière personnalisée afin d'étudier l'influence de la proximité spatiale par exemple sur le traitement de l'information dans la cellule. La proximité spatiale de certaines enzymes pourrait également rendre les processus biotechnologiques plus efficaces. Dernièrement, il serait également envisageable d'utiliser des structures hybrides protéine-ADN par exemple pour mieux stimuler la réponse immunitaire des cellules, qui peut dépendre de la disposition géométrique précise de plusieurs antigènes.

L'étude est publiée dans la revue Science aujourd'hui.