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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Détection en temps réel de G-quadruplexes artificiels par changement de couleur

 

Les G-quadruplexes, naturellement formés par acides nucléiques dans les oncogènes* ou dans les télomères aux extrémités des chromosomes, sont des systèmes cible privilégies dans les études pour les cancers, les maladies rares ou le vieillissement. Leur découverte in vivo au moment de la division cellulaire vient d’ouvrir un large champ d’actions à explorer. Une équipe de l'Institut européen des membranes (CNRS / Université Montpellier 2 / ENSCM) en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Charles Gerhardt (CNRS / Universités Montpellier 1 et 2, ENSCM), membres du pôle « Chimie Balard », viennent de montrer que des G-quadruplexes artificiels peuvent être stabilises et détectés par confinement dans un film de Silicium poreux, pSi. Celui-ci induit un changement de couleur du film observable facilement à l’œil nu. Ces résultats font l’objet d’un article dans la revue Angewandte Chemie.

 

Les G-quadruplexes sont des structures à 4 brins que peuvent adopter les acides nucléïques (ARN ou ADN). Ces structures formées par empilements hélicoïdaux de G-quartets (ou guanines**) représentent un exemple concret d’architecture supramoléculaire chirale***. Utilisés dans la thérapie du cancer, ils ont un rôle important comme inhibiteurs de la télomérase, une enzyme impliquée dans le vieillissement cellulaire qui joue un rôle déterminant dans la cancérisation des cellules. Les G-quadruplexes, naturellement constitués d’acides nucléiques, sont d'autant plus étonnants qu'ils forment spontanément des structures tubulaires pour le transport des ions (canal ionique). Cet exemple d’architecture chirale fonctionnelle synthétique, fréquemment rencontrées dans les systèmes biologiques (ADN, ARN…) fait rêver les scientifiques depuis une quarantaine d’années.

Les G-quadruplexes artificiels représentent une architecture dynamique qui présente en solution des échanges permanents avec les G-rubans et les G-quartets. Ces équilibres dynamiques peuvent faire apparaître de nouvelles phases en fonction de différents facteurs extérieurs comme le confinement ou les effecteurs (activateurs ou inhibiteurs) ioniques.

Les chercheurs viennent de montrer que le silicium poreux (pSi) pouvait être utilise comme matrice protectrice ralentissant les échanges dynamiques et permettant ainsi la stabilisation mais aussi la détection optique des  G-quadruplexes artificiels.

En effet, dans la matrice hôte de pSi, la formation en temps réel de ces G-quadruplexes induit des changements  contrôlés de l’indice de réfraction de cette matrice, en fonction de la densité d’empilement moléculaire qui est différente pour les G-quadruplexes et les G-rubans. Quand les G-quadruplexes sont formés et confinés dans les films pSi au départ vert/bleu, la couleur vire au rouge. Leur présence peut donc être facilement détectée à l’œil nu. De plus, les G-quadruplées présentant des cations intercalés (Na+, K+, Ba2+) qui stabilisent leur structure peuvent également être sélectivement détectés.

Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives. D'une part, ils ouvrent la voie vers la conception de nouveaux matériaux présentant des multipropriétés comme le transport et la détection simultanés. D'autre part, ils vont permettre de mieux comprendre quel est le rôle des G-quadruplexes dans les mécanismes de transcription de l’information moléculaire et du contrôle de l’expression des gènes.

 

* Catégorie de gènes dont l'expression favorise les cancers.
** Guanine : substance extraite du guano.
*** Chiralité : un objet est chiral s’il n’est pas superposable à son image dans le miroir. C’est le cas de la main, par exemple.

 

 

barboiu

Le confinement des G-rubans ou des G-quadruplexes ainsi que leur transformation au sein des pores se traduit par un changement d’indice de réfraction. Ainsi, la formation des G-rubans et des G-quadruplexes peut être  détectée sélectivement en temps réel, à l’œil nu, par l’observation d’un changement de couleur de la matrice d’accueil pSi. Des assemblages différentes induisent des changements de couleurs spécifiques : la couleur de l’auto-assemblage…

© Mihail Barboiu

 

 

Référence

Bogdan George Rusu, Frédérique Cunin, Mihail Barboiu
Real-Time Optical Detection of Stabilized Artificial G-Quadruplexes Under Confined Conditions
Angew. Chem. Int. Ed. 2 octobre 2013, DOI :10.1002/anie.201306230

 

Contact chercheur 

Dr. Mihail Barboiu, Institut Européen des Membranes, Montpellier
Courriel : mihail-dumitru.barboiu@univ-montp2.fr
Tél : 04 67 14 91 95
http://nsa-systems-chemistry.fr

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

22 octobre 2013

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