Analyse experimentale et theorique du repliement de l'arn : diffusion raman, absorption infrarouge et ultraviolette, diffusion inelastique de neutrons et modelisation moleculaire quantique

• Auteur / Autrice : Nicolas Leulliot
• Direction : Mahmoud Ghomi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques fondamentales et appliquées
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

L'etablissement de liens entre la structure et la fonction et des molecules biologiques a pris une importance capitale au cours de ces dernieres annees. Parmi ces molecules, l'arn, un simple brin d'acide nucleique, occupe une place privilegiee compte tenu de son role biologique dans le transfert du code genetique, la synthese des proteine et la catalyse. De par sa souplesse conformationnelle, l'arn peut se replier sur lui-meme, laissant ainsi apparaitre des structures secondaires et tertiaires complexes. Le site de repliement de cette chaine, appele epingle-a-cheveux, comprend une boucle et une tige. L'importance biologique des epingles-a-cheveux, qui sont les parties les plus exposees de l'arn a ete mise en evidence tant par ses interactions tertiaires que par ses interactions avec des enzymes ou d'autres proteines. En nous interessant a ces entites structurales, les courtes sequences oligonucleotiques obtenues par synthese chimique, pouvant former des tetraboucles ultrastable de la famille gnra (ou n = u, a, c ou g et r = a ou g), boucles majoriaires dans les arn ribosomaux de type 16s, ont ete etudiees en phase aqueuse par spectroscopie optique (diffusion raman, absorption infrarouge, absorption ultraviolette). Les profils d'absorption des huit sequences decameriques 5-r(cgc-gnra-gcg)-3 ont revele l'existence des epingles-a-cheveux ultrastables avec des temperatures de fusion (t m) allant de 56\c a 63\c. Il a apparu que les tetraboucles qui possedent une adenine en troisieme position (r) presentent des t m plus eleves que celles ayant une guanine en cette meme position. En complementarite avec les donnees rmn de trois epingles-a-cheveux gnra existant dans la litterature, les spectres d'absorption infrarouge, ont pu reveler la conformation c2-endo des sucres medians des boucles. Quant aux spectres raman, le comportement des marqueurs vibrationnels en fonction de la temperature, a pu fournir des indications tres interessantes concernant l'empilement des bases dans les tetraboucles gnra. La tige dans tous le cas de figure, est une mini double-helice en forme a. En outre, la modelisation quantique ab initio par la methode dft en utilisant les fonctionnels hybrides b3lyp et les bases de fonction d'onde 6-31g*, nous ont permis d'une part d'etudier les particularites conformationnelles des nucleosides et nucleotides impliques dans la boucle et dans la tige des epingles-a-cheveux, et d'autre part d'analyser les modes marqueurs vibrationnels observes en absorption ir et en diffusion raman. La validite du niveau theorique ayant permis de calculer le champ de force moleculaire, a pu etre testee par l'analyse des spectres vibrationnels des nucleosides obtenus par diffusion inelastique et incoherente de neutrons et par spectroscopie optiques.