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D. Bensimon / V. Croquette

Physique des biomolécules

Contexte.

Les méthodes de biochimie classique ont permis de grandes avancées sur la compréhension des processus fondamentaux et complexes comme la réplication, la réparation, la transcription de l’ADN ou le
remodelage de la chromatine. Cependant, ces approches trouvent leurs limites dans le fait qu’elles mesurent dans un tube à essai les propriétés « moyennes » d’une population de molécules en ignorant d’une part, qu’à l’instant t, toutes les molécules individuelles n’ont pas les mêmes propriétés et d’autre part, que les propriétés d’une molécule peuvent varier dans le temps. C’est pourquoi, des techniques de micro-manipulation et de visualisation de molécule unique, essentiellement de l’ADN, se sont développées depuis une vingtaine d’années. En permettant de suivre en temps réel des événements à l’échelle d’une molécule, ces techniques apportent des informations d’une grande finesse. L’équipe animée par David Bensimon et Vincent Croquette qui a contribué au développement de ces techniques, utilise ces approches pour étudier les propriétés de la molécule
d’ADN et plus récemment les interactions entre l’ADN et des moteurs moléculaires comme les hélicases impliquées dans la réparation ou la réplication de l’ADN.

Résultats marquants.

La technique des pinces magnétiques consiste à attacher une molécule unique d’ADN entre une bille magnétique de taille micrométrique et une surface de verre fixe qui sert de laboratoire. En exerçant sur la molécule d’ADN une force contrôlée, on visualise et on mesure l’extension et l’étirement en fonction des conditions expérimentales. A l’aide de cette technique qu’ils ont mise au point et améliorée, ces chercheurs ont mis fin à une énigme sur un des mécanismes en jeu au cours de la réplication de l’ADN du virus T4. Lorsque la machine multiprotéique qui assure la réplication, le réplisome, copie l’ADN, une enzyme, l’hélicase, débobine la double hélice dans une direction (5’->3’) alors que la synthèse de l’un des deux nouveaux brins d’ADN, le brin dit retardé, se fait obligatoirement dans le sens opposé (3’->5’). L’ADN polymérase qui effectue cette synthèse de manière discontinue a besoin pour démarrer d’une amorce ARN synthétisée par une enzyme, la primase, qui pour fonctionner doit être associée à l’hélicase au sein du primosome. Par quel mécanisme se fait le couplage entre ces deux enzymes la primase et l’hélicase, qui travaillent dans deux directions opposées ? Les expériences menées par l’équipe à l’aide des pinces magnétiques ont permis de visualiser
deux mécanismes proposant soit la dissociation soit le maintien du primosome. Ce dernier mécanisme supposela formation transitoire d’une boucle simple brin décrite et observée pour la première fois par cette équipe. Tout récemment, l’équipe a suivi en temps réel plusieurs hélicases le long de l’ADN et montré qu’il est possible de différencier les hélicases selon le mécanisme actif (comme RecQ de coli) ou passif (l’hélicase de T4) de leur déplacement. Une autre thématique majeure de cette équipe concerne le contrôle de l’activité d’une protéine à l’échelle d’une cellule. L’objectif est d’étudier le lignage cellulaire au cours du développement embryonnaire, le suivi d’une tumeur cancéreuse ou encore l’évolution des connections entre neurones au cours de tâches d’apprentissage. Ces questions sont abordées à l’aide de méthodes de photoactivation non invasives qui permettent de contrôler dans le temps et dans l’espace la libération de molécules de signalisation « cagées », c’est à dire comportant une moitié photoactivable. Ces recherches sont conduites sur le poisson zèbre, un organisme modèle.

Manosas M., Spiering M.M., Zhuang Z., Benkovic S., Croquette V., Coupling DNA unwinding activity with primer synthesis in the bacteriophage T4 primosome. Nature Chemical Biology (2009), 5 — 904 - 912.

Manosas M., Guang Xi X., Bensimon D., Croquette V., Active and passive mechanisms of helicases. NAR (2010), sous presse.

Sinha D.K., Neveu P., Gagey N., Aujard I., Benbrahim-Bouzidi C., Le Saux T., Rampon C., Gauron C., Goetz B., Dubruille S., Baaden M., Volovitch M., Bensimon D., Vriz S., Jullien L., Photocontrol of Protein Activity in Cultured Cells and Zebrafish with One- and Two-Photon Illumination. Chembiochem. (2010), 11(5) — 653-663.

Neveu P., Aujard I., Benbrahim C., Le Saux T., Allemand J.F., Vriz S., Bensimon D., Jullien L., A caged retinoic acid for one- and twophoton excitation in zebrafish embryos. Angew Chem Int Ed Engl (2008), 47(20) — 3744-6.