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L’ADN fait danser ses atomes

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Des chercheurs ont montré qu'au sein de la double hélice d'ADN, que l'on pensait bien ordonnée et prévisible, des réarrangements atomiques pouvaient se produire. De nombreuses conséquences, dont l'interaction avec de nouvelles molécules biologiques, sont à prévoir !

L'ADN n'est pas une molécule aussi rigide que l'on pouvait le penser. © Caroline Davis, Flickr, CC

L'ADN est une molécule connue du large public et dont les biologistes et les biochimistes pensaient (presque) tout savoir. Les biologistes ont depuis longtemps montré que l'ADN est le support des gènes, se transmet de génération en génération, et peut également acquérir des mutations, à l'origine de l'évolution des espèces. Les biochimistes, quant à eux, s'intéressent davantage à sa structure, qui permet à l'ADN toutes ses interactions avec d'autres molécules biologiques : les protéines et les ARN, dont les interactions sont nécessaires à la vie.

Depuis la découverte de la structure de l'ADN par Watson et Crick en 1953, l'ADN est dans l'imaginaire collectif une longue bobine de fil organisée sous forme de la fameuse double hélice. De façon imagée, il s'agirait plutôt de deux longs fils parallèles (composés de phosphates et de sucres) sur chacun desquels sont accrochées des formes emboîtables (des bases) qui s'apparient à une forme complémentaire présente sur l'autre fil. Bien qu'il soit invisible à l'œil nu, l'ADN, présent dans chacune de nos cellules sous forme très condensée, mesurerait près de 2 mètres de long s'il était déroulé !

Les appariements classiques Watson-Crick

En hommage à ces deux scientifiques, lauréats du prix Nobel de médecine en 1962, les appariements classiques des bases reliant les deux moitiés de l'hélice entre elles portent leur nom : les appariements de type Watson-Crick. Ainsi, une adénine portée par un brin d'ADN forme deux liaisons chimiques non covalentes (des liaisons hydrogène) avec une thymine portée par le brin complémentaire. Une cytosine d'un brin réalisera quant à elle trois liaisons hydrogène avec une guanine située sur le brin d'en face. Ce sont des atomes bien déterminés, présents sur la face dite Watson-Crick de chaque base, qui sont impliqués dans ces liaisons.

Les bases forment des liaisons hydrogène (en rouge) pour associer les deux brins de la double hélice de l'ADN. Ici sont présentés des appariements Watson-Crick. © DR

Une technique pour voir les atomes bouger

Au sein de la cellule, l'ADN est donc sous une forme stable. Pourtant, des scientifiques de l'Université du Michigan et de l'Université de Californie, ont malgré tout réussi à montrer que l'ADN n'est pas si rigide, et qu'il peut également adopter des conformations qui ne sont pas des appariements typiques Watson-Crick.

L'utilisation d'une technique déjà bien connue de résonance magnétique nucléaire (RMN, qui permet d'observer les molécules à l'échelle atomique) et l'apport d'une amélioration (spectroscopie RMN) permettant la visualisation des positions d'atomes rares ou transitoires a révélé un événement peu banal : le retournement de certaines bases à 180°, dans moins de 1 % des cas.


Retournement d'une base au sein de la double hélice de l'ADN. © Nature/UMNewsService, Youtube

Des possibilités d’interactions infinies

Ce ne sont alors plus les mêmes atomes qui entrent dans la formation des liaisons hydrogène mais les atomes de la face opposée, appelée face « Hoogsteen » de la base. Les atomes auparavant impliqués dans une liaison hydrogène sont maintenant disponibles, multipliant les possibilités d'interaction de l’ADN avec de nouvelles molécules extérieures ! Ces appariements, qui s'avèrent tout aussi stables, avaient d'ailleurs déjà été observés dans de l'ADN endommagé ou réalisant des liaisons particulières avec des protéines ou des ARN. La nouveauté est que ces appariements sont aussi observés dans des conditions normales où l'ADN n'interagit pas.

Selon les auteurs, ces résultats, publiés dans la revue Nature, indiquent que « la double hélice d'ADN code intrinsèquement pour un état excité des paires de bases, un moyen d'étendre une complexité structurale au-delà de la capacité des paires de bases Watson-Crick ». La mise au point de leur technique permettra aussi probablement de découvrir d'autres excentricités insoupçonnées des molécules biologiques, à l'instar de cette étrange affaire d'ADN où l'arsenic remplacerait le phosphore.

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