Quadruplexes de guanines : formation, stabilité et interaction

par Phong Lan Thao Tran

Thèse de doctorat en Sciences, technologie, santé. Biochimie

Sous la direction de Jean-Louis Mergny et de Patrizia Alberti.

Soutenue le 09-12-2011

à Bordeaux 2 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Sylvain Ladame.

Le jury était composé de Frederic Godde.

Les rapporteurs étaient Hervé Moine, Geneviève Pratviel.


  • Résumé

    Les quadruplexes de guanines (G4) sont des structures non canonique d’acides nucléiques à quatre brins formées à partir de séquences ADN ou ARN riches en guanines. Ces structures reposant sur la formation et l’empilement de quartets de guanines sont très polymorphes, leur formation pourrait être envisagé dans de nombreux domaines d’application, aussi bien pour les biotechnologies que les nanotechnologies. L’étude de G4 tétramoléculaires modifiés présentée dans ce manuscrit a participé à la compréhension du mécanisme d’association de ces complexes. En particulier, nous avons montré que l’insertion de 8-méthyle-2’-déoxyguanosine à l’extrémité 5’ de la séquence favorise l’association et la stabilité du G4. Par ailleurs, l’étude de l’ADN en série L (image de l’ADN naturel dans un miroir) a montré la formation d’un G4 tétramoléculaire avec les mêmes propriétés que son énantiomère, à l’exception de sa chiralité, qui est inversée. L’étude a révélé également une auto-exclusion de deux énantiomères (forme D et forme L) démontrant un assemblage contrôlé des brins parallèles. Ce travail de thèse a aussi permis d’introduire un système simple et stable de visualisation de G4 tétramoléculaire antiparallèle, appelé “ADN synaptique”, sur une nanostructure d’ADN origami. In vivo, ces structures pourraient être impliquées de façon transitoire dans de nombreux processus biologiques, en particulier au niveau des télomères. Nous avons réalisé, au cours de cette thèse, une étude comparative de la structure et de la stabilité des séquences télomériques connues de différents organismes. Cette étude a permis d’enrichir les données nécessaires au développement d’un algorithme prédisant la stabilité de G4. Enfin, nous avons développé une méthode facile et peu coûteuse de criblage (G4-FID) sur plaques 96 puits permettant d’identifier l’interaction de ligands avec différentes séquences biologiques pertinentes. La stabilisation du G4 dans certaines régions du génome via des ligands spécifiques pourrait limiter la prolifération de cellules tumorales et est donc intéressante pour les thérapies anticancéreuses.

  • Titre traduit

    Guanine quadruplexes : formation, stability and interaction


  • Résumé

    Guanine quadruplexes (G4) are non-canonical four-stranded nucleic acid structures formed by guanine-rich DNA and RNA sequences. Theses polymorphic structures are built from the stacking of several G-quartets and could be involved in many fields, in biotechnology as well as in nanotechnology. The study of modified tetramolecular G4 presented in this manuscript participated to the understanding of tetramolecular G4 formation. Especially, we showed that the insertion of 8-methyl-2’-deoxyguanosine at the 5’-end of the sequence accelerate G4 formation and increase its stability. Besides, we demonstrate here that short guanine rich L-DNA strands (mirror image of natural DNA) form a tetramolecular G4 with the same properties than their enantiomer, but with opposite chirality. The study revealed also self-exclusion between two enantiomers (D- and L- form), showing the controlled parallel self-assembly of different G-rich strands. This work introduced also a simple and stable system to observe tetramolecular antiparallel G4 formation, called “synaptic DNA”, into a DNA origami nanostructure. In vivo, such structures appear to be implicated in genome dynamics, and especially at telomeres. During this thesis, we dedicated a study to the comparison of G4 folding and stability of known telomeric sequences from different organisms. The present study allowed enriching the dataset necessary to build and refine algorithms predicting G4 stability. Last but not least, we developed a G4 ligand screening method onto 96-well plates allowing the comparison of different biological relevant sequences. The G4 stabilisation by specific ligands in some genome regions may prevent cancer cell proliferation, making it an attractive target for anticancer therapy.


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