Nanomanipulation de biomolécules

Notre équipe emploie des approches quantitatives à haute résolution pour élucider les mécanismes fondamentaux de processus moléculaires tels la transcription, la réplication et la réparation de l’ADN, ainsi que les interactions entre ces différents processus.

Nous employons des techniques de nanomanipulation de molécule individuelle (pinces magnétiques et optiques) qui permettent une analyse structurelle et cinétique extrêmement fine de réactions biochimiques in vitro. En particulier, de telles études offrent la possibilité de mettre en évidence des intermédiaires réactionnels cinétiquement limitants qu’il est difficile (voire impossible) d’observer lors d’une mesure sur un grand nombre de molécules.

Au cours de ces 15 dernières années, les travaux des membres de l'équipe de recherche se sont concentrés sur l’étude des interactions protéines-ADN. Par exemple, nous avons pu observer en temps réel la transcription d’une seule molécule d’ADN en ARN messager par une seule molécule d’ARN polymérase et ainsi mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lors de cette interaction (Revyakin et al. 2006).

Schéma d’une expérience de transcription à l’aide de pinces magnétiques.
(A) Une molécule individuelle d'ADN est ancrée par une extrêmité à une surface de verre, et par l'autre extrêmité à une microbille aimantée. La molécule d'ADN comporte un gène, dont le début est indiqué par la séquence promotrice. En suivant en temps réel la position de la bille au-dessus de la surface, on détermine l'extension bout-à-bout de l'ADN. (B) On enroule l'ADN en faisant tourner une paire d'aimants au-dessus de l'échantillon. Des boucles se forment en réponse à la torsion (comme sur un cordon téléphonique entortillé), réduisant l'extension de l'ADN. (C) Lorsque une molécule d'ARN polymérase (ARNpol) se fixe au promoteur et y déroule la double hélice, une boucle disparaît et l'extension de l'ADN augmente de manière détectable et mesurable. On peut ainsi suivre en temps réel l'action d'une seule ARN polymérase sur une seule molécule d'ADN.

Aujourd’hui, les développements techniques (pinces optiques « haute-résolution ») permettent de mesurer des déplacements de l’ordre de l’angström avec une résolution temporelle meilleure que la seconde.  Ainsi, il devient possible de mesurer en temps réel des changements conformationnels de protéines (mesure du profil énergétique par exemple) ou bien d’étudier avec précision des interactions protéines-protéines.

Nos travaux, à la frontière entre biologie, se concentrent sur des processus biologiques fondamentaux tels la transcription, la réplication et la réparation de l'ADN.  Parce que le succès de ces travaux dépend fortement des développements techniques, une partie de notre travail consiste aussi à l’amélioration et la mise en place de tels instruments, voire au développement d’instruments hybrides (pinces magnétiques couplées à la détection de fluorescence). A moyen terme, nous envisageons d’étendre nos activités de recherche à l’étude des interactions protéines-protéines (-ADN) in vivo en utilisant la microscopie de fluorescence. 

Sélection de publications

Fast-quantitative single-molecule detection at ultralow concentrations
Haas P, Then P, Wild A, Grange W, Zorman S, Hegner M, Calame M, Uebi A, Flammer J, Hecht B.
Anal. Chem. 82 : 6299–6302 (2010).
Abstract

VirE2: a unique ssDNA-compacting molecular machine
Grange W, Duckely M, Husale S, Jacob S, Engel , Hegner M.
PLoS Biol. 6 : 343-351 (2008).
Full Text

Abortive initiation and productive initiation by RNA polymerase involve DNA scrunching
Revyakin A, Liu C, Ebright RH, Strick TR.
Science 314 : 1139-1143 (2006).
Abstract

Promoter unwinding and promoter clearance by RNA polymerase: detection by single-molecule DNA nanomanipulation.
Revyakin A, Ebright RH, Strick TR.
Proc Natl Acad Sci U S A. 101 : 4776-4780 (2004).
Abstract

Single-molecule analysis of DNA uncoiling by a type II topoisomerase.
Strick TR, Croquette V, Bensimon D.
Nature 404 : 901-904 (2000).
Abstract

Dernière modification 14/03/2011

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