Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé: Biochimie structurale

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

ADN,nano-assemblage,réactifs bi-fonctionnels,assemblages macromoléculaires guidés par l'ADN,

Keywords

DNA,nano assembly,bi-functional reagents,DNA guided macromolecular assemblies,

Titre de thèse

Couplage covalent contrôlé protéine-ADN pour la construction d'assemblages de protéines codées par ADN
Controlled covalent protein-DNA coupling for building DNA encoded protein assemblies

Date

Vendredi 17 Juin 2022

Adresse

CNRS IMM 31 chemin Joseph Aiguier 13402 Marseille cedex 20 France Amphithéâtre Pierre Desnuelle

Jury

Directeur de these M. James STURGIS (LISM) CNRS UMR7255
Rapporteur M. Thierry MICHON UMR 1332 Biologie du Fruit et Pathologie, Bordeaux
Rapporteur Mme Isabelle MUS-VETEAU (CNRS) UMR 7275 Institut de Pharmacologie Moleculaire et Cellulaire
Examinateur Mme Kehya SENGUPTA (CNRS) UMR 7325 CINAM
Examinateur M. Gaetan BELLOT Centre de Biochimie Structurale CNRS UMR 5048 - UM - INSERM U 1054

Résumé de la thèse

La nanoconstruction avec ADN est utilisée comme un outil puissant pour étudier le fonctionnement de systèmes biologiques comlpexes. Dans cette étude, nous avons utilisé et dévéloppé une nouvelle méthode pour construire des assemblages en utilisant des protéines couplés à l'ADN avec des réactifs bifonctionnels. J’ai montré la fonctionalité de ces méthodes avec le coulage et l’assemblage de deux protéines fluorescentes la sfGFP et la mRuby3. Nous avons pu confirmer la formation des assemblages souhaités par transfert d'énergie de fluorescence et par electrophorèse. Notre méthode nous permet de concevoir positionner plusieurs differentes molécules, telles que des protéines, dans assemblages complexes guidées par l’ADN. Ceci offre une plateforme nanotechnologique pour construire des nouveaux metamateriaux mais également permet de tester des hypothèses sur le role de l’organisation dans le fonctionnement de systèmes biologiques telles que les voies de signalisation, ou bien les membranes biologiques. Dans l'ensemble, cette méthode offre flexibilité, polyvalence et contrôlabilité à la conception en raison des caractéristiques de l'ADN lui-même et des modifications chimiques pour les protéines de manipulation sont simples et peu coûteuses. Afin de permettre l’utilisation dans les constructions complexes j’ai également étudié la formation d’assemblages d’ADN dite origami en conditions isothermes. Cette methode basé sur la gestion de la concentration d’ions promet la formation d’assemblages complexes a des temperatures ambiantes sans recours a une chaufage susceptible a denaturer des protéines.

Thesis resume

DNA nanoassembly offers a powerful tool for the study of complex biological systems. In this study I have used and developed a new method for the construction of complex assemblies using DNA attached to proteins by bi-functional reagents. I have demonstrated the fitness of these methods with the linkage and assembly of two fluorescent proteins sfGFP and mRuby3. I was able to confirm the formation of the expected and designed assemblies by fluorescence energy transfer and gel electrophoresis. Our method allows me to imagine the accurate positioning of multiple different molecules, such as proteins, in DNA guided macromolecular assemblies. This opens the possibility of using DNA guided assembly as a platform for the construction of complex metamaterials and also for the investigation of the role of organization in the function of biological systems such as signaling pathways or membranes. Altogether this method offers flexibility, adaptability and controllability in the design of complex assemblies based on DNA properties and the ease and controllability of the chemistries used. In order to pave the way for their use in the formation of complex structures I also studied the formation of, so called, origami DNA assemblies under isothermal conditions. This technique based on the control of ionic strength ammowl the assembly of complex structures at ambient temperatures without using a heating step that could well denature proteins.