Conception d’un nouveau système génétique alternatif dynamique programmable – PRODYGY

Des études de polymérisations non-enzymatiques avec des sondes boronoribonucléotidiques bifonctionnelles (entités synthétiques) sont réalisées pour évaluer leur capacité de transfert d’informations génétiques. Ces systèmes complexes sont étudiés par diverses méthodes analytiques (dénaturation thermique, dichrosime circulaire, RMN, modélisation). Ces études seront complétées par des expériences basées sur la sélection naturelle des éléments les plus affins.

Les premiers résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence les facteurs électroniques et géométriques indispensables au bon fonctionnement de la ligation non-enzymatique. Ces résultats nous ont permis d’envisager des études de polymérisations non-enzymatique avec des sondes bi-fonctionnelles. Nous étudions actuellement les paramètres influençant cette polymérisation.

A la frontière entre la chimie et la biologie, ce projet vise à développer des systèmes ayant des performances fonctionnelles efficaces. Ces nouveaux interrupteurs synthétiques représentent une ressource qui pourrait être exploitée pour transformer notre capacité à interagir avec les systèmes biologiques et modifier profondément la façon dont nous manipulons, programmons et analysons les systèmes biologiques.

1) M. Smietana,* A.R. Martin, J.-J. Vasseur,
Pure and Applied Chemistry, 2012, 84, 1659-1667.

2) C. El Amri,* A. R. Martin, J.-J. Vasseur, M. Smietana*,
ChemBioChem 2012, 13, 1605-1612.

3) R. Barbeyron, J. Wengel J.-J. Vasseur, M. Smietana*,
Monatshefte fur Chemie–Chemical Monthly, 2013, In press. Invited manuscript, special young investigator issue.

4) J.F. Poisson, M. Smietana
l'Actualité Chimique, 2013, 370, 47.

La synthèse d’acides nucléiques dans les organismes vivants est très précisément contrôlée. Cette fidélité remarquable dans le transfert d’information est le résultat de la sélectivité des enzymes de polymérisation et de correction. En l’absence de celles-ci la synthèse d’ADN dirigée ou non par une matrice est peu efficace et peu sélective. Dans ce contexte, la structuration de systèmes artificiels bio-inspirés représente un champ de recherche disciplinaire en pleine expansion. L’objectif de cette approche est de décomposer les phénomènes complexes du vivant en un ensemble de phénomène simples aux fonctions complémentaires elles-mêmes mises en intéractions.
Différentes approches ont été étudiées pour générer des séquences d’ADN en l’absence d’enzymes que ce soit par l’utilisation de monomères activés ou par la formation de liens internucléosidiques modifiés réversibles. L’avantage de liens réversibles est la possibilité de voir l’émergence de systèmes auto-répliquants et de disposer de mécanismes capables de corriger des erreurs induites pendant le processus de réplication. Les résultats escomptés de l’élaboration et de l’étude de tels systèmes concernent tant l’ère « pré-biotique » que des voies « para-biotique » c’est-à-dire l’émergence d’une ingénierie bio-inspirée conduisant à des systèmes moléculaires évolutifs.
Les acides boroniques sont connus entre autre pour leur affinité envers les composés possédant une fonction cis-1,2- ou 1,3-diols entraînant ainsi en milieu aqueux la formation réversible d’esters cyclique à 5 ou 6 chaînons. Récemment, plusieurs groupes ont envisagés que l’acide borique ou les minéraux borates pouvaient avoir une activité potentielle de catalyseur de réactions prébiotiques. Sur la base de ces résultats, nous avons pensé remplacer le lien internucléosidique naturel phosphodiester par un boronate entre la position 5’ d’un nucléoside et les hydroxyles en positions 2’ et 3’ d’un ribonucléoside afin d’obtenir des oligonucléotides ayant un squelette modifié.
Notre but est ici de tirer profit de la réversibilité de la formation du boronate pour élaborer un nouveau système dynamique. Nous avons récemment décrit la synthèse d’analogues nucléotidiques ou un acide boronique vient remplacer la fonction 5’-phosphate. Le travail que nous nous proposons de réaliser vise à développer des systèmes biodynamiques générés par polycondensation réversible de nucléotides modifiés. Basés sur la chimie du bore et associés aux processus de reconnaissance moléculaire des nucléobases, ces nouveaux systèmes permettront notamment la transmission synthétique d’informations encodées dans des biomacromolecules
L'objectif de la présente demande est la création d'un système génétique artificiel basé sur la formation de liaisons réversibles ayant la capacité de subir des changements spontanés et continu par l'échange, le remaniement et l’incorporation de différents composants monomèriques.