Caractérisation et modélisation de structures nucléiques auto-assemblées fonctionnalisables

par Aude Laisne (Laisné)

Thèse de doctorat en Chimie - physique

Sous la direction de Eric Lesniewska et de Denis Pompon.

Soutenue le 15-12-2011

à Dijon , dans le cadre de École doctorale Carnot (Dijon) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Alain Dereux.

Le jury était composé de Michaël Canva, Jean-Louis Leroy.

Les rapporteurs étaient Pierre Emmanuel Milhiet, Philippe Minard.


  • Résumé

    La thèse a pour objet l’analyse de mécanismes d’assemblage permettant la création de structures auto-assemblées à base d’ADN, fonctionnalisées par des protéines. Les PDNA sont des molécules synthétiques associant de manière covalente une séquence d’ADN et un module protéique. Basés sur le domaine hèmique du cytochrome b5, les PDNA présentent des propriétés d’absorption optique dépendant de l’état d’oxydoréduction. Pour comparer leurs propriétés d’assemblage à celles des ADN correspondants, différentes briques ont été assemblées en ensembles finis ou ouverts. Un premier chapitre développe des approches expérimentales et de modélisation pour caractériser les paramètres contrôlant ces assemblages dans le cas des ADN. Un second chapitre transpose ces approches aux assemblages de PDNA afin de mettre en évidence l’influence des domaines protéiques. Dans les deux cas, les travaux sont menés à la fois à un niveau macroscopique et de molécule unique par AFM classique ou à haute vitesse. Une troisième partie vise à comprendre comment ces assemblages peuvent être multiplexés sur des puces au sein de matrices poreuses de dextran. Nous avons modélisé l’influence de la matrice sur l’assemblage et utilisé ces modèles pour définir les relations entre observables et paramètres microscopiques. Une dernière partie vise à lever les limitations (pièges d’assemblages) mises en évidence dans les réactions sous contrôle cinétique. Nous avons développé des assemblages dans des conditions douces et contrôlées par le pH impliquant des structures ADN en motifs-i. Leur mécanisme de formation et de polymérisation en suprastructures a été étudié en combinant biochimie et analyse structurale par AFM.

  • Titre traduit

    Characterization and modeling of functionnal self-assembled DNA based structures


  • Résumé

    The work aimed at the analysis of assembly mechanisms allowing the creation of DNA-based self-assembled structures functionalized with proteins. PDNA are synthetic molecules covalently associating a DNA strand to a protein domain. The ones based on the heme binding domain of cytochrome b5 feature optic properties that depend on oxydoreduction state. In order to compare self-assembly properties of PDNA and corresponding DNA, different building blocks were assembled into converging or open ensembles. A first part develops experimental and modeling approaches to characterize parameters controlling such assemblies of DNA blocks. A second part extends these approaches to PDNA assemblies, bringing in evidence the influence of the protein domain on nucleic parts. Studies were both performed at macroscopic and single molecule levels using conventional and high-speed AFM. A third part describes how chip multiplexing of those assemblies onto a porous dextran matrix influences behaviors. Modeling the matrix influence on assembly allowed defining relations between experimental and macroscopic parameters. A last part aims at bypassing bottlenecks related to the formation of trapped structures when reactions are kinetically driven. We developed i-motif based DNA structures that can be assembled into mild, pH controlled conditions. Their mechanism of formation and polymerization into supramolecular structures were studied combining physico-chemical and structural analyses using AFM.


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