Piégeage d’une molécule ADN par une vésicule bio-adhésive

L’équipe « Membranes et Microforces », dirigée par Carlos Marques de l’Institut Charles Sadron du CNRS (ICS), à Strasbourg, étudie les mécanismes physico-chimiques de la bio-adhésion. Celle-ci gouverne des phénomènes comme l’adhésion cellulaire qui permet aux cellules d’adhérer entre elles ou avec le milieu environnant, et est déterminante dans la prolifération, la différentiation et le déplacement des organismes multicellulaires. La formation de contacts bio-adhésifs implique la présence de molécules spécifiques fonctionnant sur le principe de combinaisons complexes de clés et de serrures moléculaires qui assurent le caractère sélectif du phénomène.

Les chercheurs de l’ICS ont mis en évidence les auto-enchevêtrements, états rares et fugaces de polymères géants comme l’ADN. Une version moléculaire du premier voyage de Gulliver ! Après son naufrage, le célèbre personnage de Swift a nagé jusqu’à la côte de Lilliput où il s’est endormi, pour se réveiller agrafé au sol par une multitude de câbles et de piquets lilliputiens. Un destin similaire attendait des molécules d’ADN figées ainsi dans leur état auto-enchevêtré jusqu’alors très difficile à observer. 

Pour étudier certains éléments déterminants dans la bio-adhésion, les chercheurs strasbourgeois ont développé un système biomimétique constitué, d’une part, de vésicules géantes de phospholipides, dont la membrane est une version très simplifiée des membranes cellulaires, et, d’autre part, d’un substrat de protéines sur lequel reposent des centaines de grandes molécules d’ADN immergées dans une solution aqueuse.

Les molécules d’ADN, tel Gulliver, bougent aisément sous les forces aléatoires du liquide, jusqu’à ce que la vésicule, ballot collant, les recouvre. De forme ronde, la vésicule a une paroi fine et molle de cinq nanomètres portant des millions de ligands, véritable armée lilliputienne de molécules adhésives, équipée de câbles et piquets moléculaires, prête à aborder le substrat de protéines. Toutes les conditions sont réunies pour que, après atterrissage, les ligands arriment très rapidement sur la vésicule les protéines. De plus, l’arrimage est tellement fort qu’il se développe une zone de contact très intime entre la membrane de la vésicule et la surface. Cette zone, en s’étalant, balaye tout sur son passage, précise André Schröder qui en a scruté des centaines. Elle racle et greffe sur le substrat la grande chaîne ADN qui se retrouve coincée dans les méandres de la forêt des ligands arrimeurs (polymères connecteurs). 

L’ADN ainsi étiré et immobilisé peut désormais révéler ses secrets les mieux gardés à Nam Lee et son étudiant qui, à l’Université de Seoul, étudient la lumière émise par ces longues chaînes pour décrypter ce qui a bien pu se passer pendant les courts instants où la molécule géante a été mise à terre et bloquée.

De façon surprenante, les scientifiques ont découvert que certaines chaînes ne se sont pas laissées complètement étirer et sont restées dans un état auto-enchevêtré, piégées pendant l’abordage. Ces états sont rares et fugaces même pour des molécules géantes, explique Albert Johner qui a participé à l’interprétation théorique des données, il a donc fallu la combinaison heureuse d’un arrimage rapide et serré des auto-enchevêtrements pour que l’on ait réussi cette fois, là où des tentatives précédentes avaient échoué.