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ADN-enzyme : une étoile est née

 

Une nouvelle structure hybride en forme d'étoile, composée de bras d'ADN géants entourant une enzyme, vient d'être créée par des chercheurs de l’unité P.A.S.T.E.U.R. (1) (CNRS / Ecole Normale Supérieure de Paris / Université Pierre et Marie Curie). La présence des bras d'ADN induit une augmentation de l'activité enzymatique qui peut être modulée en contrôlant le degré de compaction de l'ADN. Ce résultat, qui ouvre notamment la voie à de nouvelles techniques de contrôle de l’activité enzymatique, est paru dans la revue Angewandte Chemie International Edition le 9 novembre 2012.

 

L'ADN est le support de l'information génétique. Cette information est traduite par la machinerie cellulaire en protéines qui vont être impliquées dans un nombre considérable de fonctions biologiques. Pour cette étude, les chercheurs ont créé une nouvelle structure hybride dans laquelle des molécules d'ADN génomique sont attachées à une protéine. La préparation d’entités conjuguées ADN-protéine est habituellement réalisée avec de tout petits fragments d'ADN (quelques bases) qui assurent essentiellement une fonction de ciblage ou de reconnaissance. Ici, une protéine est pour la première fois conjuguée avec des molécules d'ADN génomiques de taille considérable, dites géantes (plusieurs dizaines de milliers de paires de base). La structure produite forme une étoile avec quatre bras d'ADN géants entourant une protéine unique au cœur de l'édifice.

La protéine étudiée est une enzyme, la beta-lactamase. De manière inattendue, les chercheurs ont observé que l'activité enzymatique de la beta-lactamase est augmentée lorsque celle-ci se trouve au cœur de l'étoile : autrement dit, les réactions biochimiques permises par l'enzyme sont accélérées par la conjugaison avec l'ADN génomique!

Les chercheurs ont ensuite observé l'effet de la compaction des bras d'ADN sur l'activité enzymatique de la beta-lactamase. En effet, l'ADN génomique étant une molécule considérablement longue (pouvant atteindre quelques cm), la nature a inventé d’autres molécules capables de compacter considérablement ce premier et lui permettre de tenir dans les espaces où il est généralement confiné. La capside d'un virus ou le noyau d'une cellule sont par exemple 1 000 à 10 000 fois plus petits que l’ADN déployé. En ajoutant ces molécules à une solution contenant les étoiles ADN-enzyme, les chercheurs ont induit la compaction des bras d'ADN et ont observé une diminution de l'activité enzymatique. Lorsque des molécules permettant la décompaction de l'ADN ont ensuite été introduites, l'activité enzymatique de l'étoile revenait à son niveau initial.

Ces travaux ouvrent de nombreuses voies sur le contrôle des fonctions protéines par conjugaison à de l'ADN génomique. Par ailleurs, l'équipe qui a produit ce travail a, par le passé, développé une méthode originale de contrôle de la compaction de l'ADN par la lumière. Une piste intéressante pourrait donc consister à combiner ces deux approches afin contrôler l'activité enzymatique ou d'autres fonctions protéiques dans des étoiles stimulées par la lumière.

 

(1) P.A.S.T.E.U.R : Processus d'Activation Sélectif par Transfert d'Energie Uni-électronique ou Radiatif (CNRS / Ecole Normale Supérieure de Paris / Université Pierre et Marie Curie) est hébergé au sein du département chimie de l’Ecole normale supérieure de Paris.

 

Une enzyme conjuguée à quatre bras d'ADN géant voit son activité enzymatique augmentée lorsque l'ADN est déplié et réduite lorsque l'ADN est compact. Les clichés montrent une étoile individuelle observée en microscopie de fluorescence dans un état déplié (à gauche) et compact (à droite).

© Damien Baigl

 

Référence

Sergii Rudiuk, Anna Venancio-Marques and Damien Baigl
Enhancement and modulation of enzymatic activity through higher-order structural changes of giant DNA-protein multibranch conjugates
Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51(51), 12694-98.

doi: 10.1002/anie.201206962

 

Contact chercheur 

Damien Baigl,  Professeur à l'UPMC
UMR 8640 PASTEUR, Département de Chimie, Ecole Normale Supérieure
Courriel  : damien.baigl@ens.fr
Tél : 01 44 32 24 05
Site web: http://www.baigllab.com/
  

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

10 décembre 2012

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