L'eau au cœur de l'ADN
Dans nos cellules, les brins d'ADN sont entourés par une couche de molécules d'eau dont les propriétés restent très débattues : cette eau est-elle similaire à de l'eau pure, ou devient-elle visqueuse de par la présence de la biomolécule ? Grâce à des simulations, les chercheurs du Département de chimie de l'ENS (CNRS/ENS/UPMC) ont caractérisé la dynamique des molécules d'eau lors de l'interaction entre l'ADN et une molécule extérieure. Ces travaux, parus dans le Journal of American Chemical Society, ont permis de mieux comprendre comment le mouvement des molécules d'eau pouvait affecter l'approche et la liaison d'un médicament à un brin d'ADN.
Quelles sont les propriétés si particulières de l'eau qui la rendent indispensable au fonctionnement du vivant ? Alors que l'on a longtemps pensé que l'eau n'était qu'un spectateur des réactions biochimiques, on réalise maintenant qu'elle en est aussi un acteur de premier plan.
Dans nos cellules, les brins d'ADN sont entourés par une couche de molécules d'eau, essentielle pour maintenir leur structure et leur flexibilité. Les deux brins de l'ADN forment une double hélice dont le squelette détermine deux sillons. Ces sillons sont particulièrement importants puisqu'ils contiennent l'information génétique et sont susceptibles de fournir un site de liaison pour diverses molécules extérieures comme par exemple des médicaments. Mais les propriétés de l'eau au contact de ces sillons restent très débattues : cette eau est-elle similaire à de l'eau pure, ou est-ce la présence de la biomolécule qui la rend visqueuse ?
L'équipe du Département de chimie de l'ENS cherche depuis plusieurs années à comprendre, décrire et quantifier l'interaction de l'eau avec des systèmes de complexité croissante, depuis des ions ou des composés hydrophobes jusqu'à des biomolécules. Ils se sont cette fois intéressés à la couche d'hydratation de l'ADN, fondamentale pour comprendre son fonctionnement.
Grâce à des simulations numériques et des modèles analytiques, les chercheurs ont montré pourquoi et comment les sillons de l'ADN affectent la dynamique des molécules d'eau au contact des sillons. Elles y sont très ralenties et bougent en suivant les fluctuations conformationnelles de la structure de l'ADN.
L'hypothèse qui prévalait jusqu'ici supposait que la dynamique de la couche d'hydratation était beaucoup plus rapide que la fluctuation conformationnelle de l'ADN. Ces résultats montrent qu'il n'en est rien. Cette nouvelle description moléculaire du mouvement des molécules d'eau au voisinage de l'ADN est essentielle pour comprendre comment elles interviennent lors de l'interaction entre l'ADN et un ligand, comme par exemple un médicament, et comment elles se réarrangent ensuite.
Références de l’article
Elise Duboué-Dijon, Aoife C. Fogarty, James T. Hynes & Damien Laage
Dynamical Disorder in the DNA Hydration Shell
J. Am. Chem. Soc. 30 mai 2016