Des chercheurs de l’université d’Aarhus ont mis au point une méthode appelée origami triplex, qui utilise les interactions de Hoogsteen pour plier l’ADN en diverses formes compactes, offrant des avantages potentiels pour la thérapie génique et la nanotechnologie de l’ADN. Cette méthode protège l’ADN de la dégradation enzymatique et pourrait révolutionner la manière dont nous manipulons l’ADN, bien que les limites actuelles liées à la nécessité de disposer de blocs de construction spécifiques soient en cours d’examen.
Des chercheurs du laboratoire Gothelf de l’université d’Aarhus ont mis au point une méthode de fabrication de l’ADN. une nouvelle méthode révolutionnaire, appelée origami triplex, pour manipuler la forme et l’agencement serré de l’ADN. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives passionnantes en matière de thérapie génique, de nanotechnologie, etc.
Chaque cellule de votre corps contient environ 2 mètres d’ADN, qui renferme les informations génétiques essentielles vous concernant en tant qu’individu. Si l’on déroulait tout l’ADN contenu dans une seule personne, il s’étendrait sur une distance stupéfiante, suffisante pour atteindre le soleil et revenir plus de 60 fois. Pour manipuler des molécules aussi étonnamment longues, la cellule comprime son ADN en paquets compacts appelés chromosomes.
« Imaginez l’ADN comme une feuille de papier sur laquelle sont écrites toutes nos informations génétiques ». explique Minke A.D. Nijenhuis, co-auteur correspondant du nouvel article. « Le papier est plié en une structure très serrée pour faire tenir toutes ces informations dans un petit noyau cellulaire. Mais pour lire l’information, certaines parties du papier doivent être dépliées, puis repliées. 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 ».
Figure 1 : Des chercheurs de l’université d’Aarhus ont découvert une nouvelle méthode pour construire et étudier l’emballage de l’ADN. Crédit : Colourbox
Sommaire
La structure en triple hélice assure la protection et la compacité
Dans la nature, l’ADN est souvent constitué de deux brins qui s’enroulent en une double hélice. L’un des brins contient les gènes responsables du codage de nos caractères et l’autre brin sert de sauvegarde. Ces deux brins sont maintenus ensemble par certaines liaisons, appelées interactions Watson-Crick, qui permettent aux deux brins de se reconnaître et de se lier l’un à l’autre. Outre ces interactions bien connues, il existe un type d’interaction moins connu entre les brins d’ADN. Ces interactions dites de Hoogsteen normales ou inversées permettent à un troisième brin de se joindre et de former une belle structure triple hélicoïdale : un triplex (figure 2).
Figure 2 : Une nouvelle recherche montre qu’en utilisant une nouvelle méthode appelée origami triplex, on peut créer des hélices triples d’ADN qui peuvent plier ou « replier » l’ADN en structures compactes. Crédit : Minke A. D. Nijenhuis
Dans le nouvel article publié dans la revue scientifique Advanced Materials, les chercheurs du laboratoire de Gothelf à l’université d’Aarhus ont présenté une méthode simple pour organiser les brins d’ADN. Cette méthode est basée sur les interactions de Hoogsteen mentionnées plus haut. La recherche montre qu’en utilisant cette méthode, l’ADN peut être plié ou « replié » de manière à créer des structures compactes. Ces structures peuvent prendre différentes formes, des formes bidimensionnelles creuses aux constructions tridimensionnelles denses et tout ce qui se trouve entre les deux. En fait, il est même possible de créer des structures qui ressemblent à une fleur en pot. Les chercheurs ont baptisé leur méthode « origami triplex » (figure 3).
Potentiel en matière de thérapie génique et au-delà
Grâce à l’origami de triplex, les scientifiques peuvent exercer un contrôle sans précédent sur la forme des molécules d’ADN, ce qui ouvre de nouvelles perspectives de recherche. Des études antérieures ont suggéré que la formation de triplex joue un rôle dans l’emballage naturel de l’ADN dans les cellules, et cette étude peut nous aider à en savoir plus sur ce processus biologique essentiel.
L’étude montre également que la formation de triplex protège l’ADN de la dégradation enzymatique. La capacité de comprimer et de protéger l’ADN à l’aide de la méthode de l’origami triplex pourrait donc revêtir une grande importance dans la thérapie génique, où les cellules malades sont réparées en leur apportant une fonction qui leur fait défaut par le biais d’un emballage d’ADN.
Figure 3 : Pliage de l’ADNdb médié par le triplex, a) Une séquence d’ADNdb contenant des domaines formant un triplex (en couleur) 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 par 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 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. Barre d’échelle = 100 nm. Crédit : Gothelf Lab, Université d’Aarhus
Les étonnantes propriétés biologiques de la séquence et de la structure de l’ADN ont déjà été utilisées dans les nanotechnologies, qui ont eu un impact sur les traitements médicaux, les diagnostics et de nombreux autres domaines. « Au cours des quatre dernières décennies, la nanotechnologie de l’ADN s’est appuyée presque exclusivement sur les interactions entre les bases Watson et Crick pour assembler l’ADN monocaténaire et l’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 par Hoogsteen est compatible avec les méthodes de pointe basées sur Watson-Crick. En raison de la rigidité comparative de l’ADN double brin, les structures d’origami triplex nécessitent toutefois 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 d’un bloc de construction spécifique, les bases puriques. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé des séquences d’ADN artificielles au lieu de l’ADN génétique naturel. À l’avenir, ils s’efforceront de surmonter cette limitation.
Référence : « Folding Double-Stranded DNA into Designed Shapes with Triplex-Forming Oligonucleotides » par Cindy Ng, Anirban Samanta, Ole Aalund Mandrup, Emily Tsang, Sarah Youssef, Lasse Hyldgaard Klausen, Mingdong Dong, Minke A. D. Nijenhuis et Kurt V. Gothelf, 13 juin 2023, Advanced Materials.
DOI : 10.1002/adma.202302497