jeudi, juillet 7, 2022

Des chimistes utilisent l’ADN pour construire la plus petite antenne du monde

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Mis au point à l’UdeM, ce dispositif facile à utiliser promet d’aider les scientifiques à mieux comprendre les nanotechnologies naturelles et de conception humaine, et à créer de nouveaux médicaments.

Des chercheurs de l’Université de Montréal ont créé une nanoantenne à base d’ADN pour surveiller les mouvements des protéines. Décrit cette semaine dans la revue Nature Methods, le dispositif constitue une nouvelle méthode pour suivre les changements structurels des protéines au fil du temps – et pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les nanotechnologies naturelles et de conception humaine.

«Les résultats sont si emballants que nous travaillons actuellement à mettre sur pied une entreprise afin de commercialiser cette nanoantenne et de la rendre accessible au plus grand nombre de chercheurs possible», explique Alexis Vallée-Bélisle, professeur de chimie à l’UdeM et auteur principal de l’étude.

Il y a plus de 40 ans, les chercheurs ont inventé le premier synthétiseur d’ADN pour concevoir des molécules qui codent l’information génétique: «Ces dernières années, les chimistes ont réalisé que l’ADN pouvait également être utilisé pour construire une variété de nanostructures et de nanomachines», ajoute le chercheur, qui est aussi titulaire de la Chaire de recherche du Canada en bio-ingénierie et bionanotechnologie.

«Inspirés par les propriétés de type “LEGO” de l’ADN, dont les blocs de construction sont généralement 20 000 fois plus petits qu’un cheveu humain, nous avons créé une nanoantenne fluorescente fabriquée avec de l’ADN qui peut aider à définir avec précision la fonction des protéines.»

Une antenne qui fonctionne comme une radio bidirectionnelle

Comme une radio bidirectionnelle qui peut à la fois recevoir et émettre des ondes radio, la nanoantenne fluorescente reçoit la lumière sous la forme d’une couleur ou longueur d’onde et, selon le mouvement de la protéine qu’elle détecte, elle renvoie la lumière dans une autre couleur, que les chercheurs peuvent distinguer.

L’une des principales innovations de ces nanoantennes est que la partie réceptrice de l’antenne est également utilisée pour repérer la surface moléculaire de la protéine étudiée par une interaction moléculaire.

«L’un des principaux avantages de l’utilisation de l’ADN pour concevoir ces nanoantennes est que la chimie de l’ADN est relativement simple et programmable», souligne Scott Harroun, doctorant en chimie à l’UdeM et premier auteur de l’étude.

«Les nanoantennes à base d’ADN peuvent être synthétisées avec différentes longueurs et flexibilités pour optimiser leur efficacité, poursuit-il. On peut facilement attacher une molécule fluorescente à l’ADN, puis fixer cette nanoantenne fluorescente à une nanomachine biologique, comme une enzyme [qui est une sorte de catalyseur à l’échelle nanométrique].»

En réglant soigneusement les paramètres de la conception de la nanoantenne, l’équipe d’Alexis Vallée-Bélisle a créé une antenne de cinq nanomètres de long qui produit un signal distinct lorsque la protéine remplit sa fonction biologique.

Les nanoantennes fluorescentes ouvrent de nombreuses voies passionnantes en biochimie et en nanotechnologie, estiment les scientifiques: «Par exemple, nous avons pu détecter, en temps réel et pour la première fois, la fonction de l’enzyme phosphatase alcaline avec une variété de molécules biologiques et de médicaments, illustre Scott Harroun. Cette enzyme est associée à de nombreuses maladies, notamment plusieurs cancers et des inflammations intestinales.»

«En plus de nous aider à comprendre comment les nanomachines naturelles fonctionnent ou pourquoi elles fonctionnent mal, entraînant ainsi des maladies, cette nouvelle méthode pourrait favoriser la découverte de nouveaux médicaments prometteurs et guider les nano-ingénieurs dans la mise au point de nanomachines améliorées», précise Dominic Lauzon, coauteur de l’étude et doctorant en chimie à l’UdeM.

«Ce qui nous enthousiasme le plus, c’est de réaliser que de nombreux laboratoires dans le monde, équipés de spectrofluoromètres classiques, pourraient facilement utiliser ces nanoantennes», conclut le professeur Vallée-Bélisle.

À propos de cette étude

L’article «Monitoring protein conformational change using fluorescent nanoantennas», par Alexis Vallée-Bélisle et ses collaborateurs, a été publié le 31 décembre 2021 dans Nature Methods.

Le financement de l’étude a été assuré par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, le Programme des chaires de recherche du Canada, le Réseau québécois de recherche sur la fonction, l’ingénierie et les applications des protéines et l’Université de Montréal.

Julie Gazaille, Université de Montréal