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Acides Nucléiques Modifiés

Le thème

Notre recherche repose sur la synthèse de nucléotides contraints et/ou fonctionnalisés afin d’une part, de moduler la conformation des acides nucléiques et d’autre part, de leur apporter des propriétés catalytiques ou de reconnaissance fluorogénique en les associant avec des streptocyanines.

Les axes et résultats marquants


  • Modulation structurale des acides nucléiques
 
L’introduction d’un cycle dioxaphosphorinane à diverses positions sur le squelette sucre-phosphate génère des dinucléotides (D-CNA: Dioxaphosphorinane-Constrained Nucleic acid) pré-structurés en restreignant les angles de torsion α à ζ.
Pour les α, β-D-CNA, un pont éthylène relie l’oxygène porté par le phosphate P et la position C5’ du nucléotide inférieur dans les configurations 5’C "R" et P "R" bloquant les angles α et β dans les valeurs canoniques de la double hélice d’ADN B (Fig. 1).
Toute autre combinaison de configuration portée par le 5’C et le P impose une géométrie retrouvée dans les structures non canoniques adoptées par les acides nucléiques. Fig 1. Structure RX d’un dinucléotide TT d’un ADN B (PDB  436D) (droite) et la structure modélisée d’un α, β-D-CNA (gauche)
 
Des familles variées de dinucléotides (Fig. 2) ont été obtenues par synthèse divergente pour les dérivés oxa, thio et seleno D-CNA et en utilisant une réaction intramoléculaire d’Arbuzov pour les dérivés phostone.

Fig 2. Exemple de CNA synthétisés
  
Les études structurales réalisées montrent qu’un large espace conformationel est ainsi exploré (Fig. 3).

Fig 3. Superposition de D-CNA
 
Les phosphoramidites D-CNA correspondants ont été incorporés par synthèse supportée au sein de séquences d’ODN afin d’évaluer :

- l’effet de l’incorporation d’un D-CNA qui présente soit un angle α gauche(-) canonique stabilisant les duplex de type B, soit un angle α gauche(+) stabilisant des structures secondaires non appariées,

- le potentiel des D-CNA à éteindre l’expression de la protéine Huntingtine en fonction de l’allèle lors d’une stratégie antisens ciblant la maladie de Huntington,

- la capacité des D-CNA à stabiliser des structures transitoires consécutives à la déformation de l’ADN au contact de protéines, en particulier, leur influence au sein d’une jonction 4 voies de type ‘Holliday’ produite par le complexe intégron/intégrase lors de l’étape clé de la recombinaison bactérienne.
 
  • Fonctionnalisation des acides nucléiques

A partir de la thymidine 5’-aldéhyde, différentes modifications orthogonales ont été introduites afin d’obtenir des nucléotides convertibles pouvant être transformés en nucléotides fonctionnalisés (Schéma 1), ou introduit sur un oligonucléotide pour une substitution par chimie « click » subséquente.
Schéma 1. Nucléotides fonctionnalisés

Un brin d’ADN peut alors être doté de capacités catalytiques en introduisant des fonctions hydroxyle/imidazole/acide carboxylique, en s’inspirant de la triade catalytique des protéases à serine (type trypsine) impliquant trois acides aminés coopératifs sérine/histidine/aspartate. Un mime du site catalytique de l’enzyme peut être réalisé en transposant via des études de modélisation moléculaire, la topologie des acides aminés au sein d’une structure secondaire adaptée d’acides nucléiques permettant ainsi un positionnement programmable et stable de ces fonctions (Fig. 4). Une approche combinatoire donne ainsi accès à une banque de catalyseurs ADN de type DNAzymes dont les capacités d’hydrolyse de la liaison amide seront évaluées.
 
Fig. 4 Mimes nucléiques du site actif de protéases à serine
 
Une méthode de détection fluorogénique de structures secondaires d’ADN ou de petites molécules via le greffage covalent de précurseurs de streptocyanines est à l’étude (Schéma 2).
 
Schéma 2. Détection fluorogénique
 

Date de mise à jour 7 avril 2016


Collaborations

  • Dr Seth, Ionis Pharmaceuticals (Carlsbad, Etats-Unis)
  • Dr Gopaul, Institut Pasteur (Paris)
  • Dr Tarrat, CEMES (Toulouse) et Dr Rapaciolli, LCPQ (Toulouse)

Publications principales

  • Catana, D.-A., Renard, B.-L., Maturano, M., Payrastre, C., Tarrat, N., and Escudier, J.-M. Dioxaphosphorinane-constrained nucleic acid dinucleotides as tools for structural tuning of nucleic acids (2012), Journal of Nucleic Acids, 215876. Voir

  • Gerland, B., Millard, P., Dupouy, C., Renard, B.-L., and Escudier, J.-M. Stabilization of hairpins and bulged secondary structures of nucleic acids by single incorporation of α,β-D-CNA featuring a gauche(+) alpha torsional angle, (2014), RSC Advances 4, 48821-48826. Voir

  • Østergaard, M. E., Gerland, B., Escudier, J.-M., Swayze, E. E., and Seth, P. P. Differential Effects on Allele Selective Silencing of Mutant Huntingtin by Two Stereoisomers of α,β-Constrained Nucleic Acid, (2014), ACS Chemical Biology 9, 1975-1979. Voir

  • Maether, M.-P., Lapin, K., Muntean, A., Payrastre, C., and Escudier, J.-M. Oligonucleotide Labelling Using a Fluorogenic “Click” Reaction with a Hemicarboxonium Salt, (2013), Molecules 18, 12966-12976. Voir

Financement

ANR Blanc Modulation of Integrase Activity by Means of Conformationaly Constrained Nucleotides (MIAM CoCoNuts). (2011).
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