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RÉSUMÉ
Cet article décrit la préparation et les applications de nouvelles structures hybrides, composées de protéines variées (enzymes, anticorps...) et d'ADN de différentes tailles (oligonucléotide, petit ADN double brin, ADN géant). Il est montré en particulier comment, en combinant les propriétés biologiques et physico-chimiques de ces biopolymères essentiels à la vie, il est possible d'obtenir des nanostructures aux propriétés inédites, permettant des applications innovantes dans de nombreux domaines scientifiques qui vont de la biochimie aux nanotechnologies.
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Anna VENANCIO-MARQUES : Doctorante au département de chimie de l'École normale supérieure de Paris, UMR 8640
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Sergii RUDIUK : Docteur, chargé de recherche CNRS au département de chimie de l'École normale supérieure de Paris, UMR 8640
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Damien BAIGL : Professeur à l'université de Pierre et Marie Curie Paris 6, département de chimie de l'École normale supérieure de Paris, UMR 8640
INTRODUCTION
Cet article décrit la préparation et les applications de nouvelles structures hybrides, composées de protéines variées (enzymes, anticorps, etc.) et d'ADN de différentes tailles (oligonucléotide, petit ADN double brin, ADN géant). Nous montrons en particulier comment, en combinant les propriétés biologiques et physico-chimiques de ces biopolymères essentiels à la vie, il est possible d'obtenir des nanostructures aux propriétés inédites, permettant des applications innovantes dans de nombreux domaines scientifiques qui vont de la biochimie aux nanotechnologies.
In this article, we review the preparation and the wide range of applications of new hybrid structures, which combine various proteins (enzymes, antibodies, etc...) with DNA of different lengths (oligonucleotides, small double stranded DNAs, giant DNAs). We show how bringing together the biological and physico-chemical properties of these two biologically essential polymers in a single entity leads to nanostructures with novel features, therefore paving the way for groundbreaking applications in scientific fields ranging from biochemistry to nanotechnology.
Bioconjugaison, AFM, microscopie de fluorescence, nanotechnologie, biotechnologie, combinaison de propriétés spécifiques ADN et protéine
Bioconjugation, AFM, fluorescence microscopy, nanotechnology, biotechnology, combining DNA and protein properties
Domaine : biotechnologie et nanotechnologie
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : purification de protéines, bioconjugaison, AFM, microscopie de fluorescence, cinétique enzymatique, métallisation, PCR
Domaines d'application : procédés biochimiques, bioanalyse, santé, nanoélectronique
Principaux acteurs français : ENS, UPMC, CNRS
Pôles de compétitivité :
Centres de compétence :
Industriels :
Autres acteurs dans le monde : Christof M. Niemeyer (Karlsruhe Institute of Technologie, Allemagne)
Contact : http://www.baigllab.com
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2. ADN et protéine : deux biopolymères essentiels au fonctionnement du vivant
2.1 Acides nucléiques et ADN
L'acide désoxyribonucléique (ADN) est un biopolymère employé dans la nature pour le stockage et la transmission de l'information génétique d'un organisme. Ses nombreuses propriétés biologiques, chimiques et physico-chimiques peuvent toutefois être détournées afin d'être mises à contribution dans d'autres domaines, tels que les bio- et nanotechnologies. Ce polymère constitue en effet une brique multifonctionnelle très utile dans la construction d'un édifice de taille micro- ou nanométrique, ses dimensions étant particulièrement bien adaptées à la miniaturisation.
HAUT DE PAGE2.1.1 Structure et propriétés de l'ADN
Un nucléotide est le motif de répétition d'un brin d'ADN et est composé d'un groupe phosphate (P), d'un ose (désoxyribose, S) et d'une base azotée (figure 1a). Il existe quatre bases azotées réparties en deux familles : les purines, auxquelles appartiennent l'adénine (A) et la guanine (G), et les pyrimidines, avec la thymine (T) et la cytosine (C). L'enchaînement covalent des bases au sein du polymère permet de définir la séquence caractérisant la molécule d'ADN.
Les bases azotées sont capables d'établir des liaisons hydrogène entre elles (en rouge sur la figure 1b). Ainsi, une base adénine établit sélectivement deux liaisons H avec une base thymine, tandis qu'une base guanine établit trois liaisons H uniquement avec la cytosine (figure 1b). Cette complémentarité entre bases est à l'origine d'une propriété fondamentale de l'ADN, à savoir l'appariement sélectif entre brins d'ADN complémentaires. L'ADN adopte ainsi majoritairement une structure au sein de laquelle deux brins sont appariés. Une double hélice droite, d'un diamètre d de 2 nm, avec les bases projetées vers l'axe est ainsi obtenue. Elle effectue un tour complet tous les dix nucléotides, soit tous les 3,4 nm (a : pas de l'hélice), et possède des sillons de deux tailles distinctes.
Selon le nombre de paires de base, et donc la longueur de la molécule d'ADN, la double hélice peut être rigide...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NIEMEYER (C.M.) - Semisynthetic DNA-protein conjugates for biosensing and nanofabrication. - Angew. Chem. Int. Ed., 49, no 7, p. 1200-1216 (2010).
-
(2) - HERMANSON (G.T.) - Bioconjugate Techniques - (2008).
-
(3) - BANO (F.), FRUK (L.), SANAVIO (B.), GLETTENBERG (M.), CASALIS (L.), NIEMEYER (C.M.), SCOLES (G.) - Toward multiprotein nanoarrays using nanografting and DNA directed immobilization of proteins. - Nano letters, 9, no 7, p. 2614-2618 (2009).
-
(4) - WINSSINGER (N.), HARRIS (J.L.), BACKES (B.J.), SCHULTZ (P.G.) - From split-pool libraries to spatially addressable microarrays and its application to functional proteomic profiling. - Angew. Chem. Int. Ed., 40, no 17, p. 3152-3155 (2001).
-
(5) - COREY (D.R.), SCHULTZ (P.G.) - Generation of a hybrid sequence-specific single-stranded deoxyribonuclease. - Science, 238, no 4 832, p. 1401-1403 (déc. 1987).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Conjugué protéine-ADN petit/géant
Site de l'équipe de BAIGL (D.) (École Normale Supérieure, Paris, France) http://www.baigllab.com/
Nanotechnologie ADN
Site de l'équipe de SEEMAN (N.C.) (New York University, NY, États-Unis) http://www.seemanlab4.chem.nyu.edu
Nanostructure biomoléculaire
Site de l'équipe de NIEMEYER (C.M.) (Karlsruhe Institute of Technologie, Allemagne) http://www.ibg.kit.edu/ibg1/193.php
Chimie biomoléculaire
Site de l'équipe de CARELL (T.) (Ludwig MaximiliansUniversität, Munich, Allemagne) http://www.cup.uni-muenchen.de/oc/carell/
Synthèse et propriétés d'assemblages moléculaires
Site de l'équipe de SCHULTZ (P.G.) (The Scripps Research Institute, San Diego, CA, États-Unis) http://www.schultz.scripps.edu/
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