Les scientifiques ont constaté que les structures de torsion dans l’ADN sont longues avec les nœuds sont en fait autre chose.
À l’intérieur des cellules, ADN Se fait tordre, copié et séparé. Les rebondissements peuvent influencer le fonctionnement des gènes, affectant qui sont activés et quand. L’étude de la façon dont l’ADN réagit au stress peut aider les scientifiques à mieux comprendre comment les gènes sont contrôlés, comment la molécule est organisée et comment les problèmes avec ces processus peuvent contribuer à la maladie.
Depuis des années, les chercheurs utilisent des nanopores – de minuscules trous juste assez larges pour qu’un seul brin d’ADN passe à travers – pour lire les séquences d’ADN rapidement et à peu de frais. Ces systèmes fonctionnent en mesurant le courant électrique traversant le nanopore. Lorsqu’une molécule d’ADN passe, elle perturbe ce courant d’une manière distincte qui correspond à chacune des quatre « lettres » qui composent le code de l’ADN: A, T, C et G.
Des ralentissements ou des pointes inattendus dans ce signal ont souvent été interprétés comme des nœuds dans l’ADN. Mais maintenant, une nouvelle étude publiée le 12 août dans la revue Revue physique x constate que ces changements de signal peuvent également signifier des plèmes de plèmesmes, qui sont des bobines naturelles qui se forment lorsque l’ADN se tord sous stress.
« Les nœuds et les plectonèmes peuvent être très similaires dans les signaux de Nanopore », auteur d’étude principale Ulrich Keyserun physicien du laboratoire Cavendish de l’Université de Cambridge, a déclaré à Live Science. « Mais ils proviennent de mécanismes physiques très différents. Les nœuds sont comme des enchevêtrements serrés; les plectonèmes sont plus comme des ressorts enroulés, formés par un couple. »
Pour étudier ces bobines, les chercheurs ont passé un brin d’ADN à travers un nanopore en forme de cône dans une solution salée avec un pH élevé. La solution a contribué à créer un flux électroosmotique, ce qui signifie que l’ADN a commencé à tourner en entrant dans le pore. Le mouvement a généré une force de torsion suffisamment forte, ou couple, qu’il a enroulé l’ADN, a expliqué Keyser.
Keyser et son équipe ont également appliqué une tension électrique à travers le nanopore pour aider à parcourir l’ADN et à mesurer les changements de courant électrique.
« Dans ce genre de systèmes à l’échelle nanométrique, tout est très élevé, donc l’ADN se déplace presque comme s’il nage à travers le miel », a déclaré Keyser. « C’est un environnement très visqueux, donc des forces relativement élevées poussent l’ADN dans ce mouvement de tire-bouchon. »
Les chercheurs ont analysé des milliers de ces événements. Alors que certains nœuds sont toujours apparus dans l’expérience, ils avaient tendance à être plus petits – environ 140 nanomètres de diamètre – tandis que les plectonèmes avaient environ 2 100 nanomètres de diamètre. À mesure que la tension appliquée au système augmentait, les plectonèmes sont devenus plus courants en raison d’un couple plus fort.
Pour tester davantage comment la torsion affecte le comportement de l’ADN, les chercheurs ont introduit de petites ruptures, appelées Nicks, en un brin de double hélice de l’ADN. Ces Nicks ont permis à l’ADN de tourner plus facilement et de libérer la tension accumulée, ce qui, à son tour, a provoqué une formation de plectonèmes. Cela a confirmé que la contrainte de torsion est un moteur clé de la formation de ces structures.
« Lorsque nous avons contrôlé la capacité de la molécule à tourner, nous pourrions changer la fréquence à laquelle les plectonèmes sont apparus », a déclaré Keyser.
Bien que les nanopores soient très différents des cellules vivantes, ces types de plectonèmes peuvent également se former pendant des processus tels que la transcription et la réplication de l’ADN. La transcription décrit lorsque le code de l’ADN est copié par une autre molécule, appelée ARNet expédié dans la cellule. La réplication décrit lorsque la molécule d’ADN est reproduite en totalité, ce qui se produit lorsqu’une cellule se divise, par exemple.
«Je crois que la torsion dans les molécules peut réellement donner naissance à la formation de its i et G-quadruplex», Keyser a déclaré à Live Science, donnant les noms de deux types spécifiques de nœuds vus dans l’ADN. Donc, ce qu’ils ont trouvé dans leur étude de laboratoire a probablement des implications pour les cellules vivantes, a-t-il expliqué.
Keyser et son équipe ont étudié comment les plectonèmes et autres structures d’ADN se forment pendant les processus naturels, tels que la transcription. Dans travaux antérieursils ont exploré comment le stress en torsion affecte la réplication de l’ADN. Les nanopores donnent aux scientifiques un moyen non seulement de lire l’ADN mais aussi de voir comment il se comporte, cette étude met l’accent.
« Le seul fait que la molécule d’ADN peut se faufiler à travers le pore, où sa rigidité est censée être beaucoup plus grande que le diamètre des pores, est assez incroyable, » Slave Garajun physicien à l’Université nationale de Singapour qui ne faisait pas partie de l’étude, a déclaré à Live Science. « Il est 10, 50, même 100 fois plus rigide que la taille des pores. Pourtant, il se plie et passe. »
Garaj était enthousiasmé par les résultats. À l’avenir, « nous pourrions être en mesure de séparer la torsion induite par les nanopore de la torsion qui était déjà dans l’ADN auparavant. Cela pourrait nous laisser explorer la super-coillage naturel de nouvelles façons », a-t-il ajouté. Cela serait important pour comprendre comment les bobines et les nœuds contrôlent l’activité des gènes.
