Titre : Règles thermodynamiques et cinétiques pour l'assemblage et la régulation de nanomachines polymoléculaires à base d'ADN'.
Endroit : Pavillon Roger-Gaudry, salle G-415 à 11 h
Cette conférence sera prononcée par Monsieur Dominic Lauzon, candidat au doctorat du laboratoire du Professeur Alexis Vallée-Bélisle, au Département de chimie, de l'Université de Montréal.
Les nanomachines sont des assemblages nanométriques de molécules ; (ex: ADN, ARN, protéine) qui produisent un mouvement quasi-mécanique (output) en présence de stimulus spécifique (input) [1]. Ces nanomachines servent autant pour le développement de stratégie en délivrance de médicament, que pour la détection de marqueur de maladies ou pour déclencher des évènements en bio-informatique. Étant donné sa grande programmabilité, l’ADN est une biomolécule de choix pour la création de nanomachine. Toutefois, avec l’augmentation rapide de la complexité des nano-assemblages d’ADN, il devient maintenant crucial d’optimiser le rendement de formation et la régulation de ces nanomachines afin de rendre plus accessible leur application à grande échelle. (Ex. imagerie in vivo et production de masse de transporteurs moléculaires). [2]
Pour répondre à ce problème, il est important de mieux comprendre la thermodynamique et la cinétique d’assemblage de ces nanomachines. Pour ce faire, j’ai utilisé une approche de simulation numérique afin d’étudier plusieurs scénarios d’auto-assemblage en modifiant les constantes d’équilibre et les constantes de vitesses du système. Ces simulations numériques ont permis de déterminer des conditions expérimentales intéressantes qui ont ensuite été validé en laboratoire avec une nanomachine d’ADN contenant un, deux ou trois brins d’ADN. En incorporant des nucléotides modifiés avec un fluorophore et un quencher dans les brins d’ADN, il est possible de suivre la formation de la nanomachine dans différentes conditions par spectroscopie de fluorescence ou par électrophorèse sur gel. D’ailleurs, en modifiant la teneur en pair AT/GC, la longueur du linker ou la température, il est aussi possible de modifier de façon contrôlée les constantes thermodynamiques et la vitesse d’hybridation ou de déshybridation de l’ADN. Les résultats expérimentaux illustrent pourquoi certaines nanomachines d’ADN ne peuvent pas s’assembler avec un rendement quantitatif. De plus, les résultats démontrent qu’un bon contrôle sur l’auto-assemblage permet de réguler l’activité de cette dernière, en introduisant un mécanisme de rétro-inhibition par exemple.
Dans le futur, ces travaux serviront de base théorique pour le développement d’un biocapteur polymoléculaire inspiré de l’hémoglobine. J’utiliserai aussi ces observations afin d’introduire un niveau de régulation supplémentaire à l’activité d’un DNAzyme qui catalyse le clivage d’un lien phosphodiester d’un ribonucléotide. Le tout pave la voie vers un meilleur contrôle dans l’assemblage et la régulation de nanomachines à base d’ADN. [1] Ballardini, R. et al. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 445-455.
[2] Tørring, T. et Gothelf, K.V. F1000Prime Reports 2013, 5, 14.
