Résumé :
La relation structure/fonction des acides nucléiques (AN) constitue un enjeu fondamental de la biologie moléculaire moderne. Si l’ADN et l’ARN ont longtemps été étudiés principalement pour leur rôle dans le stockage et la transmission de l’information génétique, il est désormais clairement établi que leurs propriétés structurales, dynamiques et conformationnelles conditionnent la grande diversité de leurs fonctions biologiques. Leur plasticité structurale, et plus particulièrement celle des ARN, permet l’adoption de structures secondaires et tertiaires variées, directement impliquées dans la régulation de l’expression génétique, l’assemblage de complexes ribonucléoprotéiques, la catalyse ou la signalisation cellulaire. Dans ce contexte, l’identification et la caractérisation de la dynamique des acides nucléiques en solution apparaissent comme un défi méthodologique majeur, tant pour la recherche fondamentale que pour des applications bio-médicales et industrielles. Cet enjeu est particulièrement critique dans le cas des ARN messagers, pour lesquels l’intérêt s’est considérablement accru avec le développement des vaccins à ARNm. La stabilité, l’organisation tridimensionnelle et l’homogénéité structurale des ARNm conditionnent directement leur efficacité biologique, leur immunogénicité et leur robustesse lors des étapes de production, de formulation et de stockage. Toutefois, l’étude structurale des ARNm qui sont de grande taille et peu structurés demeure complexe.
Dans ce cadre, cette thèse explore et développe l’utilisation de la spectroscopie de dichroïsme circulaire (DC) comme outil d’analyse de la structure des acides nucléiques complexes. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’établir un cadre méthodologique complet permettant l’analyse structurale des acides nucléiques par DC, depuis la constitution de ressources de référence jusqu’à leur application à des systèmes biologiques.
La première contribution de cette thèse réside dans l’établissement de la Nucleic Acid Circular Dichroism DataBase (NACDDB), première base de données dédiée aux spectres de DC des acides nucléiques. La NACDDB que nous avons créée propose un format unifié associant à chaque spectre des informations détaillées concernant la séquence, la nature chimique de l’acide nucléique et les conditions expérimentales. La NACDDB constitue une ressource de référence rigoureuse permettant une comparaison inter-expérimentale.
Sur la base de ces données de référence DC, un travail a été mené afin de définir des signatures spectrales caractéristiques des principales structures secondaires ou tertiaires adoptées par les acides nucléiques. Une approche originale a été développée, reposant sur l’exploitation conjointe des spectres DC et des informations structurales connues issues de la littérature et de la conception théorique des séquences étudiées. À partir d’un jeu de données étendu et soigneusement annoté, dix-huit références spectrales distinctes ont été définies. Ces références spectrales ont servi de base au développement d’une méthode de déconvolution des spectres de dichroïsme circulaire des acides nucléiques. La méthode développée dans cette thèse permet une estimation de la composition en structures secondaires d’oligonucléotides.
Enfin, les méthodes développées au cours de cette thèse ont été appliquées à l’étude de la structure d’ARNm viraux utilisés dans le cadre du développement de vaccins à ARNm. Cette analyse montre une concordance satisfaisante entre les proportions de régions double brin et désordonnées. Cette thèse établit donc un cadre méthodologique cohérent pour l’exploitation du dichroïsme circulaire dans l’étude de la structure des acides nucléiques.
Mots-clés : Synchrotron, Base de données, Dichroïsme circulaire, Spectroscopie, ARN.