Dans une nouvelle étude, des chercheurs du Département de biochimie de l'Institut indien des sciences (IISc) ont utilisé une nouvelle technique d'imagerie pour déterminer la force avec laquelle les bases adjacentes (les éléments constitutifs de l'ADN) s'empilent les unes sur les autres en un seul brin. . Les résultats ouvrent des possibilités pour construire des nanodispositifs à ADN complexes et dévoiler des aspects fondamentaux de la structure de l'ADN.
Derrière le fonctionnement fluide de chaque cellule vivante se trouve l’ADN, le véhicule héréditaire qui transporte les informations nécessaires à sa croissance, son fonctionnement et sa reproduction. Chaque brin d'ADN est généralement constitué de quatre bases nucléotidiques :l'adénine (A), la guanine (G), la thymine (T) et la cytosine (C). Les bases d'un brin s'associent à celles du brin opposé pour former l'ADN double brin (A s'associe à T et G s'associe à C).
Deux types d'interactions stabilisent la structure en double hélice de l'ADN. L’appariement de bases – l’interaction entre les bases sur des brins opposés – est plus largement connu, tandis que l’empilement de bases – l’interaction entre les bases d’un même brin – n’est pas très bien étudié. Imaginez une fermeture éclair dans laquelle l'appariement des bases est comme la fermeture éclair qui maintient les deux brins ensemble, tandis que l'empilement des bases agit comme les dents de la fermeture éclair, assurant une connexion serrée et sécurisée.
Les interactions d'empilement de bases sont généralement plus fortes que l'appariement de bases, explique Mahipal Ganji, professeur adjoint au Département de biochimie de l'IISc et auteur correspondant de l'article publié dans Nature Nanotechnology. .
Pour étudier les 16 combinaisons possibles d’empilement de bases, les chercheurs ont utilisé DNA-PAINT (Point Accumulation in Nanoscale Topography). DNA-PAINT est une technique d'imagerie qui fonctionne sur le principe selon lequel deux brins d'ADN artificiellement conçus, chacun se terminant sur une base différente, lorsqu'ils sont assemblés dans une solution tampon à température ambiante, se lieront et se délieront de manière aléatoire pendant un temps très court. .
L’équipe a marqué l’un des brins (brin imageur) avec un fluorophore qui émettrait de la lumière lors de la liaison et a testé l’empilement de ce brin au-dessus d’un autre brin ancré. La liaison et la déliaison de différentes combinaisons de brins (basées sur les bases terminales) ont été capturées sous forme d'images sous un microscope à fluorescence.
Il a été constaté que le temps nécessaire à la liaison et à la déliaison des brins augmentait si l'interaction entre les bases empilées était forte, explique Abhinav Banerjee, premier auteur et Ph.D. étudiant au Département de Biochimie. Par conséquent, en utilisant les données obtenues par DNA-PAINT, les chercheurs ont construit un modèle qui relie le moment de la liaison et de la déliaison à la force de l'interaction entre les bases empilées.
Grâce à cette technique, l’équipe a pu découvrir des informations intéressantes sur l’empilement de bases. Par exemple, l’ajout d’une seule interaction supplémentaire d’empilement de bases à un brin d’ADN semble augmenter sa stabilité jusqu’à 250 fois. Ils ont également découvert que chaque paire de nucléotides possédait sa propre force d’empilement. Ces informations ont permis à l'équipe de concevoir une nanostructure d'ADN à trois bras très efficace qui pourrait potentiellement être intégrée dans un véhicule en forme de polyèdre pour des applications biomédicales, comme le ciblage de marqueurs de maladies spécifiques et l'administration de thérapies ciblées.
Les chercheurs travaillent également à l’amélioration de la technique DNA-PAINT elle-même. Banerjee dit qu'en s'appuyant sur les interactions d'empilement, ils prévoient de concevoir de nouvelles sondes qui élargiraient les applications potentielles de DNA-PAINT.
De plus, selon les scientifiques, la recherche a des applications plus larges au-delà de l’imagerie et de la nanotechnologie. Ganji espère que ces découvertes pourront être utilisées pour étudier les propriétés fondamentales de l'ADN simple et double brin, ce qui, à son tour, pourrait faire la lumière sur les mécanismes de réparation de l'ADN, dont l'échec conduit à de nombreuses maladies, dont le cancer.
Plus d'informations : Banerjee A, Anand M, Kalita S, Ganji M, Analyse d'une molécule unique de l'énergie d'empilement de bases d'ADN à l'aide de nanostructures d'ADN à motifs, Nanotechnologie de la nature (2023). www.nature.com/articles/s41565-023-01485-1
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Institut indien des sciences
