Des chercheurs capturent une vue atomique de l’ADN synthétique

Des chercheurs de l’Université de Virginie-Occidentale sont désormais en mesure d’observer des ADN au niveau atomique, fournissant des informations sur les modifications structurelles potentielles qui pourraient augmenter son activité en forme de ciseaux. L’acquisition de connaissances supplémentaires sur ces réactions d’ADN synthétique pourrait potentiellement contribuer à la découverte de nouvelles technologies diagnostiques et thérapeutiques dans le domaine de la médecine.

Dans le monde de la chimie, les résultats aident à répondre à une question vieille de 30 ans sur cette structure spécifique de l’ADN et sur la manière dont les scientifiques peuvent l’amener à produire une réaction sans modifier l’ADN lui-même, un processus appelé catalyse.

« Ce n’est peut-être que le troisième exemple qui donne un aperçu, au niveau atomique très détaillé, de la façon dont l’ADN chimiquement actif favorise leurs fonctions uniques qui donnent à toutes ces applications leur pouvoir », a déclaré Aaron Robart, professeur agrégé à la WVU School of Medicine. Département de biochimie et de médecine moléculaire, et chercheur principal du projet, financé par un concours Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award. « Les détails atomiques nous donnent une feuille de route recherchée depuis longtemps pour commencer à construire et à améliorer une technologie qui peut être largement applicable à la santé et au diagnostic. »

Robart a déclaré qu’une fois que les scientifiques comprendraient comment rendre la technologie plus efficace, elle pourrait théoriquement être appliquée comme traitement pour des maladies telles que la dégénérescence rétinienne ou le cancer.

Les découvertes des chercheurs sont publiées dans Chimie des communicationsun journal familial Nature.

Robart souligne que l’ADN synthétique utilisé dans l’étude, connu sous le nom d’ADNzymes, est différent de l’ADN humain. Créées en laboratoire, les DNAzymes sont peu coûteuses à produire et capables de catalyser des réactions chimiques. Ils ont été artificiellement évolués pour remplir des fonctions telles que la surveillance de la qualité de l’air et la mesure des métaux lourds qui se sont lessivés dans le sol.

« En règle générale, nous pensons que l’ADN est inerte, servant d’unité de stockage pour nos informations génétiques », a déclaré Robart. « Cependant, il existe certains types d’ADN développés en laboratoire qui défient les règles conventionnelles. Ces ADN peuvent se plier en formes complexes, leur permettant d’effectuer une gamme remarquable de réactions.

« Le seul problème est qu’après 30 ans de recherche, nous n’avions vraiment aucune idée de la manière dont la chimie se produisait. L’une des grandes choses qui nous manquaient est ce que notre laboratoire fait avec les cristaux, ce qui donne des structures à haute résolution de ce à quoi ressemblent les acides nucléiques jusqu’au atome détail et comment ils peuvent faire toute cette chimie.

Pour pouvoir voir l’ADN au niveau atomique, Robart et ses étudiants de laboratoire, Evan Cramer, de Lake Ann, Michigan, Sarah Starcovic, de Cameron, et Beka Avey, de Martinsburg, ont collaboré avec Advanced Photon Source au US Department of Energy’s Laboratoire national d’Argonne à Chicago. Le processus – la cristallographie aux rayons X – consiste à cristalliser l’ADN synthétique, puis à le zapper avec des rayons X surpuissants pour révéler sa structure. En collaboration avec APS, l’équipe a pu contrôler la radiographie et collecter des données via Internet.

« Grâce à ces informations, nous pouvons mieux comprendre comment d’autres DNAzymes peuvent se comporter dans leurs réactions de clivage », a déclaré Starcovic, qui poursuit un doctorat en biochimie et médecine moléculaire.

Robart a dit que ce qu’ils ont vu était une structure avec de petits bras qui peuvent tendre la main pour trouver une autre section d’une séquence complémentaire et se serrer ensemble, de la même manière que le velcro se fixe.

« Ces ADN peuvent agir comme des ciseaux moléculaires avec une spécificité précise pour couper ARN ou de l’ADN, ou ils peuvent fonctionner comme de la colle », a expliqué Robart. « Disons que vous avez un gène muté qui cause la maladie, nous pourrions faire entrer cet ADN dans les cellules et il serait capable de se débarrasser de tout ce genre de message qui cause les protéines qui mènent à la maladie. »

Cramer, auteur principal de l’article publié et étudiant au doctorat en biochimie et médecine moléculaire, a déclaré qu’il espère que les études futures combleront les lacunes dans les connaissances pour la mise en œuvre clinique.

« Il est difficile d’améliorer quelque chose lorsque son fonctionnement n’est pas entièrement connu », a-t-il déclaré.

Récemment diplômé de Ruby Scholars, il continuera dans l’équipe de recherche avec une bourse BridgesDH NSF-NRT.

Robart a déclaré que la prochaine étape consiste à se concentrer sur des techniques alternatives pour capturer les DNAzymes à différents points de leur fonction.

« Ce sera comme si nous faisions un flipbook moléculaire d’animation à l’ancienne », a déclaré Robart. « Ce niveau de détail permet de comprendre comment améliorer, cibler et réguler leur activité. Ce n’est qu’une des centaines de variétés différentes d’ADNzymes, toutes avec leurs propres propriétés uniques qui ne demandent qu’à être appliquées à des sujets de santé humaine.

Il a déclaré qu’il espérait également obtenir des informations de ses collègues de l’École de médecine sur la manière dont les systèmes modèles pourraient être utilisés à des fins thérapeutiques.

« Nous sommes dans un endroit unique », a déclaré Robart. «Nous avons un remède potentiel à la recherche d’une maladie. Je me sens chanceux d’être dans un environnement entouré de tant de collaborateurs talentueux à l’École de médecine pour aider cette technologie passionnante à atteindre son plein potentiel.

L’étude a été financée par un Ralph E. Powe Junior Faculty Enhancement Award.