Machines à base d'ADN Origami pour la manipulation épigénétique de la transcription des gènes – ChromOrigami

L'étude des modifications épigénétiques et leurs conséquences sur la transcription est essentielle pour comprendre la régulation de la transcription. À l'heure actuelle, la cartographie des modifications de la chromatine ou la mesure de l'expression des gènes se font de manière indirecte. Nous avons conçu des nanomachines à base d’origami d'ADN (DOs) qui peuvent cibler des biomolécules spécifiques, émettre de la lumière, détecter des acides nucléiques ou d'autres molécules d'intérêt et appliquer des forces in vitro. Récemment, dans le cadre d'une collaboration précédente qui a permis d’établir des échanges scientifiques au sein de notre consortium, composé de deux laboratoires basés aux États-Unis et de deux laboratoires basés en France, nous avons démontré que les DOs peuvent être ciblés dans les noyaux des cellules en culture. Dans ce projet, nous nous appuierons sur notre précédente collaboration financée par la NSF, afin d’exploiter ces nanodispositifs pour manipuler directement la régulation transcriptionnelle de gènes cibles. Nos efforts s'inscrivent dans un but à long terme d'utilisation des DOs pour réguler et/ou visualiser la transcription dans des cellules humaines vivantes. Ce projet prévoit de développer un ensemble d'outils pouvant être utilisés pour réguler et/ou visualiser la transcription dans les cellules. Ces outils comprennent (i) des DOs multifonctionnels pour cibler, visualiser les loci génétiques et activer la transcription de gènes cibles spécifiques ; (ii) des DOs pour détecter et mesurer la transcription d'un seul ou de plusieurs gènes ; (iii) des DOs reconfigurables et multifonctionnels pour exécuter des fonctions en réponse à des signaux externes ou endogènes dans les cellules, tels que l’induction de la localisation nucléaire et/ou l'activation de la transcription. La mesure de l’effet de ces DOs multifonctionnels sera ensuite analysée par une plateforme informatique conviviale combinant de l'apprentissage profond et de la modélisation biophysique pour effectuer des analyses automatiques d’images et pour estimer les paramètres cinétiques fondamentaux de diffusion et de transcription. Nous utiliserons et combinerons l'expertise des quatre équipes en biophysique des molécules uniques, en nanotechnologie de l'origami d'ADN, en biologie moléculaire, en biologie cellulaire, en imagerie avancée et en apprentissage profond avancé pour déterminer l'influence médiée par les DOs sur le ciblage direct et les manipulations sur la dynamique de la régulation de la transcription et de l'environnement de la chromatine. Dans l'ensemble, ces études fourniront la première preuve directe de la façon dont les changements dans la compaction de la chromatine influencent la liaison des facteurs de transcription, la fonction des coactivateurs et la régulation de la transcription dans des cellules. En outre, En outre, notre projet établira l'ingénierie de nanodispositifs capables de manipuler l'expression des gènes dans les cellules vivantes et, par conséquent, établira une base pour le développement de DOs pour être utilisés dans des systèmes biologiques complexes, tels que dans de nombreuses maladies.