iCARE — Pertinence biologique et ciblage de l’ADN i-motif

Les structures secondaires non canoniques d'acides nucléiques ont émergé au cours des dernières décennies comme des facteurs critiques modulant le métabolisme de l'ADN et de l'ARN. Les i-motifs (ADN-i), qui correspondent à des structures d'ADN non usuelles à quatre brins dans lesquelles les cytosines sont intercalées via un empilement de paires de bases C–C hémi-protonées, peuvent se former au niveau des séquences génomiques C-riches des promoteurs ou des télomères. Certaines de ces structures ADN-i ont été bien caractérisées in vitro, mais les données sur leur pertinence biologique sont encore limitées, en raison d’un a priori sur leur formation à bas pH. D’autres structures à quatre brins G-riches (G-quadruplexes, G4) pourraient se former en vis-à-vis de l'ADN-i, mais leur coexistence aux mêmes sites est encore incertaine et à déterminer. Les règles régissant la formation d'ADN-i sont peu précises, quelques ADN-i peuvent être formés à pH neutre, indiquant que les algorithmes de formation des G4 ne peuvent pas être directement transposés pour prédire la formation d'ADN-i. Récemment, le marquage par un anticorps spécifique (iMab) et la RMN in cellulo ont démontré que les structures ADN-i peuvent se former et sont stables dans les noyaux des cellules humaines. Contrairement aux G4 dont la pertinence biologique a été démontrée par des anticorps et des outils chimiques très spécifiques, peu de molécules sont connues pour interagir avec l'ADN-i et une controverse sur leur mode de fixation, leur sélectivité et leur affinité persiste dans la littérature. La dynamique des ADN-i (c'est-à-dire leur capacité à se replier ou à se déplier) peut être essentielle pour moduler des processus biologiques clés. La découverte de l'iMab a permis de prouver qu'un ciblage sélectif de ces structures est possible. Il a été démontré qu'un certain nombre de protéines interagissaient avec les G4, mais peu de protéines interagissant avec l'ADN-i ont été décrites à ce jour. De plus, il n'est pas clair si ces protéines reconnaissent les structures ADN-i, les séquences riches en cytosine ou les nucléotides dans les boucles d’ADN-i. Dans ce contexte, le projet iCARE s'appuie sur une expertise pluridisciplinaire associant des chimistes, des biophysiciens, des biochimistes et des biologistes, qui ont déjà fait leurs preuves pour travailler avec succès ensemble (voir les publications conjointes de ses membres). iCARE vise à atteindre les objectifs scientifiques suivants: -Comprendre les règles qui régissent la formation des ADN-i, leur dépendance au pH, leur thermodynamique, leur cinétique de repliement, et leur pertinence biologique par rapport aux G4 (WP1); -Identifier de vrais ligands interagissant avec l'ADN-i (c'est-à-dire affins et spécifiques) en utilisant une nouvelle stratégie pour verrouiller l'ADN-i dans un état replié stable à pH physiologique, afin d’étudier leurs effets cellulaires comme sondes chimiques d’ADN-i ou comme candidats thérapeutiques (WP 2); -Identifier les protéines interagissant avec l'ADN-i (en utilisant une stratégie originale couplée à une analyse protéomique) et déterminer leur intérêt biologique sur les sites génomiques potentiels d'ADN-i (WP3). En effet, l'utilisation d'ADN-i contraint comme substrat pH-indépendant (WP2 & WP3) représente l’élément clé de ce projet par rapport aux approches précédemment utilisées, permettant de surmonter les limitations actuelles pour cribler des ligands spécifiques à pH neutre et pour identifier l'interactome ADN-i-protéine. La réalisation de ce projet améliorera la compréhension des fonctions biologiques de l’ADN-i au niveau du génome et comme cible cellulaire. En effet, les molécules ciblant directement l'ADN-i ou interférant avec sa dynamique de formation ont un intérêt thérapeutique. Enfin, l'acquisition de données in vitro combinée à celles de l'interactome des ADN-i, permettra améliorer leur prédiction génomique chez l'homme et aussi pour d’autres applications dans d'autres organismes