Des biophysiciens de la Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich ont utilisé pour la première fois une nouvelle variante de microscopie à super-résolution pour visualiser tous les brins d'une nanostructure à base d'ADN. La méthode promet d'optimiser la conception de telles structures pour des applications spécifiques.

Le terme « origami d'ADN » fait référence à une méthode de conception et d'auto-assemblage de structures moléculaires complexes avec une précision nanométrique. La technique exploite les interactions d'appariement de bases entre des molécules d'ADN simple brin de séquence connue pour générer des nanostructures tridimensionnelles complexes avec des formes prédéfinies en nombre arbitrairement grand. La méthode a un grand potentiel pour un large éventail d'applications dans la recherche biologique et biophysique fondamentale. Ainsi, les chercheurs utilisent déjà l'origami ADN pour développer des nanomachines fonctionnelles. Dans ce contexte, la capacité à caractériser la qualité du processus d'assemblage est vitale. Désormais une équipe dirigée par Ralf Jungmann, Professeur de Physique Expérimentale au LMU Munich et Responsable du laboratoire d'Imagerie Moléculaire et de Bionanotechnologie à l'Institut Max Planck de Biochimie (Martinsried), fait état d'une avancée importante à cet égard. Dans la revue en ligne Communication Nature , lui et ses collègues décrivent un mode de microscopie à super-résolution qui permet de visualiser individuellement tous les brins de ces nanostructures. Cela leur a permis de conclure que l'assemblage se déroule de manière robuste dans un large éventail de conditions, mais que la probabilité qu'un brin donné soit incorporé efficacement dépend de la position précise de sa séquence cible dans la structure en croissance.

Les structures d'origami d'ADN sont essentiellement assemblées en permettant à une longue molécule d'ADN simple brin (le brin « d'échafaudage ») d'interagir de manière contrôlée, manière prédéfinie avec un ensemble de brins « de base » plus courts. Ces derniers se lient à des tronçons spécifiques (« complémentaires ») du brin d'échafaudage, le pliant progressivement dans la forme désirée. "Dans notre cas, les brins d'ADN s'auto-assemblent en une structure rectangulaire plate, qui sert de bloc de construction de base pour de nombreuses études basées sur l'origami d'ADN en ce moment, " dit Maximilien Strauss, co-premier auteur du nouvel article, avec Florian Schüder et Daniel Haas. A l'aide d'une technique de super-résolution appelée DNA-PAINT, les chercheurs sont capables de visualiser des nanostructures avec une résolution spatiale sans précédent, leur permettant d'imager chacun des brins dans les nanostructures. "Nous pouvons donc maintenant visualiser directement tous les composants de la structure de l'origami et déterminer à quel point il s'assemble, " dit Strauss.

Comme son nom l'indique, la technique DNA-PAINT elle-même utilise également la spécificité des interactions ADN-ADN. Ici, de courts brins « imageurs » liés à des molécules de colorant qui s'apparient à des séquences complémentaires sont utilisés pour identifier des sites accessibles pour la liaison. Les brins imageurs interagissent de manière transitoire mais répétitive avec leurs sites cibles, ce qui se traduit par un signal "clignotant". « En comparant les informations des images de fluorescence individuelles, nous pouvons atteindre une résolution plus élevée, afin que nous puissions inspecter toute la structure en détail, " Strauss dit. "Ce phénomène peut être compris comme suit. Disons que nous regardons une maison avec deux fenêtres éclairées. Vu d'une certaine distance, il semble que la lumière provienne d'une seule source. Cependant, on peut facilement distinguer les positions des deux fenêtres si les lumières sont allumées et éteintes alternativement. la méthode permet aux chercheurs de déterminer avec précision les positions des brins de fibres liés, et le signal clignotant spécifique émis par les brins de l'imageur révèle des sites disponibles pour la liaison.

Les résultats obtenus avec la méthode DNA-PAINT ont révélé que les variations de plusieurs paramètres physiques – comme la vitesse globale de formation de la structure – ont peu d'influence sur la qualité globale du processus d'assemblage. Cependant, bien que son efficacité puisse être améliorée par l'utilisation de brins d'agrafes supplémentaires, tous les brins n'ont pas été trouvés dans toutes les nanoparticules formées, c'est-à-dire que tous les sites disponibles n'étaient pas occupés dans toutes les structures finales. "Lors de l'assemblage de nanomachines, il est donc conseillé d'ajouter les composants individuels en grand excès et les positions des modifications choisies conformément à notre cartographie de l'efficacité d'incorporation, " dit Strauss.

La méthode DNA-PAINT permet ainsi d'optimiser la construction de nanostructures d'ADN. En outre, les auteurs pensent que la technologie a un grand potentiel dans le domaine de la biologie structurale quantitative, car il permettra aux chercheurs de mesurer des paramètres importants tels que l'efficacité de marquage des anticorps, directement les protéines cellulaires et les acides nucléiques.