Pour la première fois, les scientifiques ont été témoins du moment même que l'ADN commence à s'effondrer, révélant un événement moléculaire nécessaire pour que l'ADN soit la molécule qui code toute la vie. Une nouvelle étude de l'Université King Abdullah des sciences et de la technologie (KAUST), publiée dans Nature, capture le moment où l'ADN commence à se détendre, permettant tous les événements qui suivent dans la réplication de l'ADN. Cette observation directe met en lumière les mécanismes fondamentaux qui permettent aux cellules de reproduire fidèlement leur matériel génétique, une pierre angulaire pour la croissance et la reproduction.
En utilisant la microscopie cryo-électronique et l'apprentissage en profondeur pour observer le virus simien d'hélicase 40 gros antigène tumoral interagissant avec l'ADN, les laboratoires du professeur adjoint de KAUST Alfredo de Biasio et le professeur Samir Hamdan fournissent la description la plus détaillée pour le moment des toutes premières étapes de la réplication de l'ADN: 15 états atomiques qui décrivent l'hélicase enzymatique forces de l'entraide de l'ADN. La réalisation n'est pas seulement une étape importante dans la recherche sur l'hélicase, mais aussi une étape importante dans l'observation de la dynamique de toute enzyme à la résolution atomique.
Bien que les scientifiques connaissent depuis longtemps l'importance de l'hélicase dans la réplication de l'ADN, « ils ne savaient pas comment l'ADN, les hélicases et l'ATP travaillent ensemble dans un cycle coordonné pour entraîner un détente de l'ADN », a déclaré De Biasio.
Lorsque Watson et Crick ont signalé la double hélice en 1953, ils ont donné à la communauté scientifique une compréhension révolutionnaire de la façon dont les informations génétiques sont stockées et copiées. Pour que l'ADN se réplique, l'hélice doit d'abord se détendre et casser l'ADN d'un double brin en deux brins simples.
Lors de la liaison, les hélicases font fondre l'ADN, brisant les liaisons chimiques retenant la double hélice. Ils séparent ensuite les deux brins, permettant à d'autres enzymes de terminer la réplication. Sans cette première étape, aucun ADN ne peut être reproduit. De cette façon, les hélicases sont des machines ou, en raison de leur taille, des nanomachines.
Si les hélicases sont des nanomachines, alors «ATP», ou trisphosphate d'adénosine, est le carburant. Tout comme la façon dont le gaz brûlant entraîne les pistons d'un moteur de voiture, la combustion de l'ATP, le même carburant utilisé pour fléchir vos muscles, fait que les six pistons d'une hélicase dénouent l'ADN. L'étude a révélé que, comme l'ATP est consommé, il réduit les contraintes physiques qui permettent à l'hélicase de se poursuivre le long de l'ADN, dénouant de plus en plus de double brin. Ainsi, la consommation d'ATP agit un commutateur qui augmente la quantité d'entropie – ou de trouble – dans le système, libérant l'hélicase pour se déplacer le long de l'ADN.
L'hélicase utilise l'ATP non pas pour soulever l'ADN en un seul mouvement, mais pour parcourir des changements conformationnels qui déstabilisent et séparent progressivement les brins. ATP Burning, ou Hydrolyse, fonctionne comme le ressort dans un piège de souris, en claquant l'hélicase vers l'avant et en séparant les brins d'ADN. «
Alfredo de Biasio, professeur adjoint de KAUST
Parmi les nombreuses découvertes faites par les scientifiques du KAUST, il y a que deux hélicases font fondre l'ADN sur deux sites en même temps pour initier le déroulement. La chimie de l'ADN est telle que les nanomachines se déplacent le long d'un seul brin d'ADN dans une seule direction. En liant simultanément sur deux sites, les hélicases se coordonnent afin que l'enroulement puisse se produire dans les deux sens avec une efficacité énergétique unique aux nanomachines naturelles.
Cette efficacité, explique De Biasio, rend l'étude de la réplication de l'ADN plus qu'une tentative de répondre aux questions scientifiques les plus fondamentales sur la vie, il fait également des modèles d'hélicases pour la conception de la nouvelle nanotechnologie.
« Du point de vue de la conception, les hélicases illustrent les systèmes mécaniques éconergétiques.
