Sélection combinatoire de ligands spécifiques de structures secondaires d'acide nucléique. – CASTing

Les acides nucléiques (ADN et ARN) sont des cibles moléculaires de premières importances pour comprendre et contrôler de nombreux processus cellulaires. Le développement de sondes chimiques et d’agents thérapeutiques permettant de détecter et de perturber leurs fonctions constitue ainsi une priorité pour la biologie fondamentale et la médecine. Au cours de la dernière décennie, il a été montré que la formation de structures secondaires non-usuelles d’acide nucléique, des triplexes et des tetraplexes formés par l’association d’ADN et d’ARN en triple et en quadruple brins, était profondément impliquée dans la régulation cellulaire.
Des centaines de milliers de motifs triplexe et tetraplexe sont ainsi susceptibles de se former au sein de régions régulatrices du génome et du transcriptome et leurs formations ont été associées au développement de nombreuses pathologies dont des cancers, des infections virales et des maladies dégénératives.
Dans ce contexte, le développement de nouvelles molécules capables de reconnaitre et d’interagir spécifiquement avec ces différentes structures constitue une priorité.
De nombreux efforts synthétiques ont permis d’identifier des molécules sélectives des structures triplexe et tetraplexe car dépourvues d’affinité pour l’ADN double brin. Cependant, à ce jour, ces ligands de dernière génération ne sont pas en mesure de distinguer parmi les multiples conformations que peuvent adopter les différents triplexes et tetraplexes d’intérêt biologique. Au regard de l’abondance et de la diversité fonctionnelle associée à ces différentes conformations, cette absence de spécificité limite considérablement l’utilisation de ces ligands pour la recherche fondamentale et réduit leur intérêt thérapeutique.
Dans ce contexte et à travers un programme de recherche interdisciplinaire associant la chimie de synthèse, l’ingénierie biomoléculaire, la chimie combinatoire et la biologie moléculaire, j’ai pour ambition de concevoir, d’assembler et d’évaluer des ligands aux propriétés de reconnaissance sans précédents capables de distinguer et d’interagir spécifiquement avec ces différentes conformations.
Pour atteindre cet objectif, je vais d’abord assembler une librairie d’acide nucléique structuré comprenant différentes conformations d’intérêts biologiques (Task 1). Pour y parvenir, je vais mettre au point des stratégies de ligations chimiques orthogonales inédites qui me permettront de stabiliser ces différentes structures dans leurs conformations natives.
Afin développer des ligands spécifiques pour chaque structure ciblée, je vais associer conception rationnelle et approche combinatoire.
D’une part, nous allons élaborer une librairie combinatoire de plus de cent millions de petites molécules fonctionnellement enrichies pour interagir avec les triplexes et de tetraplexes (Task 2). Cette nouvelle librairie sera encodée afin de permettre la mise en place d’une procédure de sélection itérative et d’identifier, à haut débit et à moindre coût, les ligands les plus prometteurs vis-à-vis des cibles assemblées en Task 1.
En parallèle, nous allons assembler une librairie de 1014 oligonucléotides modifiés fonctionnellement enrichis pour la reconnaissance spécifique des structures triplexes et tétraplexes. Cette librairie sera utilisée dans des processus de sélection in vitro, en présence des cibles synthétisées en Task 1, afin de permettre l’émergence d’aptamères biologiquement stables et capables d’engager de multiples interactions discriminantes avec les différentes conformations adoptées par les acides nucléiques structurés.
Pour parvenir à identifier des ligands (petites molécules et aptamères) aux propriétés de reconnaissance inédites, nous devrons répondre à différents défis méthodologiques. Les avancées majeures attendues dans la reconnaissance d’acide nucléique permettront d’éclairer divers processus biologiques inexplorés, ouvrant la voie au développement de nouveaux outils diagnostiques et thérapeutiques.