Un minuscule rotor d'ADN permet aux microscopes de suivre la transcription des gènes une paire de bases à la fois

Des scientifiques de l'Institut Salk ont développé une technique révolutionnaire utilisant l'origami de l'ADN pour observer les mouvements moléculaires avec un détail sans précédent, permettant aux chercheurs de suivre la transcription génique au niveau des paires de bases individuelles sur de longues périodes.

Au cœur de la méthode se trouve une stratégie de " cycle de teinture " qui renouvelle continuellement les étiquettes fluorescentes attachées aux structures d'ADN. La microscopie fluorescente traditionnelle fait face à des limitations dues à l'assombrissement progressif des marqueurs fluorescents au fil du temps, ce qui limite les fenêtres d'observation à quelques secondes. En concevant un système qui maintient un éclairage constant, l'équipe de Salk a étendu ces mesures à plusieurs heures. Cette percée permet de visualiser le mouvement de l'ARN polymérase lorsqu'elle traverse l'ADN, révélant son comportement à une résolution inatteignable auparavant.

La technique s'appuie sur les principes de l'origami ADN, une méthode qui exploite les propriétés inhérentes de l'ADN pour construire des nanostructures complexes. Ces structures sont formées par l'auto-assemblage des brins d'ADN, guidés par l'appariement spécifique de nucléotides, l'adénine avec la thymine et la cytosine avec la guanine. Ce processus permet la création de formes et de motifs complexes à l'échelle nanométrique, offrant un niveau de précision que les techniques de fabrication traditionnelles ne peuvent pas égaler. Pallav Kosuri, professeur adjoint à Salk et chercheur principal du projet, a souligné l'importance d'étudier le mouvement moléculaire en plus des réactions chimiques.

"Si vous ne savez pas comment quelque chose bouge, vous ne savez pas ce qu'il fait", a-t-il expliqué. Le travail de son équipe vise à combler le fossé entre les processus chimiques bien cartographiés dans les cellules et les aspects mécaniques moins bien compris de la fonction moléculaire. ORBIT utilise une combinaison d'origami ADN et d'étiquetage fluorescent pour créer des nanostructures qui agissent à la fois comme échafaudages et comme capteurs. Un composant de la structure, appelé tige tire-bouchon, se lie à l'ARN polymérase, tandis qu'une autre partie, une poignée en forme de X, ainsi qu'une sonde fluorescente, amplifie le mouvement de l'enzyme lorsqu'il interagit avec l'ADN.

Cette configuration traduit efficacement les actions mécaniques de l'enzyme en changements observables d'intensité lumineuse, permettant de suivre le processus de transcription en temps réel. Les implications de cette recherche vont au-delà de la science de base. Comprendre comment l'ARN polymérase fonctionne à un niveau aussi détaillé pourrait informer le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies liées à une transcription génétique défectueuse. De plus, la méthode ouvre des voies pour explorer d'autres interactions moléculaires qui se produisent pendant les processus cellulaires, conduisant potentiellement à des progrès dans les systèmes d'administration de médicaments et les outils de diagnostic.

Le travail de Kosuri avec l'origami ADN a déjà attiré l'attention au-delà des cercles académiques. Il a collaboré avec l'ingénieur Mark Rober pour construire le plus petit pistolet Nerf au monde en utilisant des structures basées sur l'ADN, créant une vidéo éducative qui a attiré des millions de vues en ligne. De tels projets mettent en évidence la polyvalence de l'origami ADN et son potentiel pour engager un public plus large dans l'exploration scientifique. À mesure que le domaine avance, les chercheurs anticipent d'autres améliorations de la méthode ORBIT, y compris des améliorations de la stabilité et de la longévité des étiquettes fluorescentes.

Les études futures peuvent se concentrer sur l'application de la technique à différents types d'enzymes et d'environnements cellulaires, élargissant son utilité à la fois dans la recherche fondamentale et dans les contextes biomédicaux appliqués. La capacité de visualiser la dynamique moléculaire avec une telle clarté marque une étape importante vers le dévoilement des mécanismes complexes qui régissent la vie au niveau le plus basique.