Pour les traitements à base d’ARN ou d’ADN, la séquence des molécules ne fait pas tout : leur forme peut aussi influencer leur stabilité et leur fonction. Or, ces molécules peuvent se replier de différentes manières, et plusieurs formes peuvent coexister dans un même échantillon, ce qui complique leur analyse. Des chercheurs ont développé NA-CDQuant, une méthode qui utilise la lumière UV pour estimer la proportion de ces différentes structures. En permettant de mieux les caractériser, cet outil pourrait, à terme, contribuer à la mise au point et au contrôle qualité de traitements basés sur des molécules d’ARN ou d’ADN.
L’ADN est souvent représenté sous la forme d’une double hélice. Pourtant, cette structure bien connue n’est pas la seule qu’il peut adopter. Tout comme l’ARN, il peut se replier de différentes façons, former des boucles ou des assemblages plus complexes. Ces formes ne sont pas figées : elles peuvent évoluer selon la température, la composition du milieu ou les interactions avec d’autres molécules. Elles jouent un rôle important dans le fonctionnement du vivant, notamment dans la régulation de l’expression génétique. Pour mieux comprendre ces mécanismes, les scientifiques cherchent à identifier les différentes structures de l’ADN et de l’ARN et à déterminer leurs proportions dans les génomes. Une tâche difficile lorsque plusieurs formes coexistent et que leurs signaux se superposent lors des mesures.
Pour relever ce défi, des chercheurs du Laboratoire Léon Brillouin – LLB (UMR CEA–CNRS) au groupe Matière Molle et Biophysique – MMB, ont collaboré avec le Synchrotron SOLEIL, Sanofi, l’Université Paris Cité, l’Université d’Aarhus et la South Dakota School of Mines and Technology. Ils se sont appuyés sur une technique appelée spectroscopie de dichroïsme circulaire, qui consiste à mesurer la différence d’absorption de deux lumières ultraviolettes polarisées circulairement en sens opposés. Cette différence dépend notamment de la façon dont les molécules sont organisées dans l’espace. Elle produit un signal caractéristique, appelé spectre, qui renseigne sur leur structure. Mais lorsqu’un échantillon contient plusieurs formes, leurs signaux se mélangent et deviennent difficiles à interpréter. Pour les distinguer, les chercheurs ont analysé 225 spectres d’ADN et d’ARN, provenant notamment de mesures réalisées au Synchrotron SOLEIL en France et sur la ligne AU-CD du synchrotron ASTRID2, à l’Université d’Aarhus au Danemark. Ils en ont extrait 18 signatures de référence correspondant à différentes familles de structures, puis développé un algorithme informatique, NA-CDQuant, capable d’estimer la part de chacune dans le signal mesuré.
Pour vérifier les performances de cette méthode, l’équipe l’a testée sur neuf structures d’ADN et deux exemples d’ARN, dont l’organisation était déjà connue grâce à d’autres techniques. Les résultats montrent qu’elle permet d’estimer les proportions de différentes structures, avec une précision qui dépend de leur complexité. Lorsque plusieurs parties d’une même molécule interagissent entre elles, un calcul prenant en compte ces interactions améliore les estimations. En revanche, pour des mélanges de deux structures d’ADN distinctes, préparés dans des proportions connues, une analyse plus simple suffit à retrouver leurs contributions respectives. La méthode permet ainsi de dépasser la simple reconnaissance d’une forme pour apporter des informations quantitatives sur la composition structurale d’un échantillon.
Ces résultats doivent toutefois être interprétés avec certaines précautions. NA-CDQuant ne produit pas une image directe des molécules : il estime la présence de différentes structures à partir de leurs signatures spectrales. Or, certaines signatures peuvent se ressembler, ce qui entraîne parfois des erreurs d’identification, notamment pour les molécules les plus complexes. Les chercheurs montrent également que les mesures réalisées avec la lumière synchrotron, qui permettent d’explorer une gamme plus large de longueurs d’onde, améliorent la précision des résultats. La méthode reste néanmoins utilisable avec des appareils de laboratoire classiques, bien qu’avec une précision moindre.
En facilitant l’étude des différentes formes de l’ADN et de l’ARN en solution, NA-CDQuant pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment ces molécules se replient et réagissent aux changements de leur environnement. Les prochaines étapes consisteront notamment à enrichir les références disponibles et à étendre l’analyse à des structures plus complexes ou chimiquement modifiées. À plus long terme, l’intérêt pourrait aussi être médical. Dans les traitements fondés sur l’ARN ou l’ADN, la structure des molécules peut influencer leur stabilité et leurs propriétés. Une méthode permettant de mieux détecter les changements de forme pourrait donc contribuer à vérifier la qualité des produits fabriqués, ou à étudier les conditions favorisant leur stabilité. Ces applications restent à développer et à valider, mais elles illustrent comment une meilleure compréhension des molécules du vivant est utile à la recherche pharmaceutique.
Référence
K. Mosca, S. V. Hoffmann, N. C. Jones, R. R. Sinden, F. Wien, S. Marco et V. Arluison. « NA-CDQuant: Quantitative spectral analysis of nucleic acid structure by circular dichroism spectroscopy ». Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 123(41), (2026).
Collaboration
- Synchrotron SOLEIL (France).
- Sanofi (France).
- Université Paris Cité (France).
- Aarhus University (Denmark).
- South Dakota School of Mines and Technology (Etats-Unis).
Contact
- Véronique Arluison, chercheuse au LLB.