L’exposition aux enzymes provoque une réponse particulière dans les gouttelettes de liquide formées par l’ADN; une nouvelle étude explique les mécanismes qui la sous-tendent

L'exposition aux enzymes provoque une réponse particulière dans les gouttelettes de liquide formées par l'ADN;  une nouvelle étude explique les mécanismes qui la sous-tendent

L'exposition aux enzymes provoque une réponse particulière dans les gouttelettes de liquide formées par l'ADN;  une nouvelle étude explique les mécanismes qui la sous-tendent

Crédit: image de courtoisie

«Un pot surveillé ne bout jamais», comme dit le proverbe, mais ce n’était pas le cas pour les chercheurs de l’UC Santa Barbara observant un «pot» de liquides formés à partir d’ADN. En fait, c’est le contraire qui s’est produit.


Avec des partenaires de recherche à l’Université Ludwig-Maximilians (LMU), à Munich, en Allemagne, les résultats de l’équipe apparaissent dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

Les progrès récents de la biologie cellulaire ont permis aux scientifiques d’apprendre que les composants moléculaires des cellules vivantes (comme l’ADN et les protéines) peuvent se lier les uns aux autres et former des gouttelettes de liquide qui ressemblent à des gouttelettes d’huile dans une vinaigrette secouée. Ces gouttelettes cellulaires interagissent avec d’autres composants pour effectuer des processus de base essentiels à la vie, mais on en sait peu sur le fonctionnement des interactions. Pour mieux comprendre ces processus fondamentaux, les chercheurs ont utilisé des méthodes modernes de nanotechnologie pour concevoir un système modèle – une gouttelette liquide formée à partir de particules d’ADN – et ont ensuite observé ces gouttelettes alors qu’elles interagissaient avec une enzyme de clivage de l’ADN.

De manière surprenante, ils ont découvert que, dans certains cas, l’ajout de l’enzyme faisait soudainement bouillir les gouttelettes d’ADN, comme de l’eau bouillante.

«La chose étrange à propos de l’ADN bouillonnant est que nous n’avons pas chauffé le système; c’est comme si une casserole d’eau commençait à bouillir même si vous aviez oublié d’allumer la cuisinière», a déclaré le co-chef de file du projet Omar Saleh, UC Santa Barbara. professeur adjoint de matériaux et de bio-ingénierie. Cependant, le comportement bouillonnant ne se produisait pas toujours; parfois l’ajout de l’enzyme faisait que les gouttelettes se rétrécissaient en douceur, et on ne savait pas pourquoi une réponse ou une autre se produirait.

Pour aller au fond de ce mystère, l’équipe a mené un ensemble rigoureux d’expériences de précision pour quantifier les comportements de rétrécissement et de bouillonnement. Ils ont identifié deux types de comportement de rétrécissement: le premier causé par des enzymes coupant l’ADN uniquement à la surface de la gouttelette, et le second causé par des enzymes pénétrant à l’intérieur de la gouttelette. « Cette observation était essentielle pour démêler le comportement, car elle nous a mis dans la tête l’idée que l’enzyme pourrait commencer à grignoter les gouttelettes de l’intérieur », a déclaré le co-leader Tim Liedl, professeur au LMU, où les expériences étaient menée.

En comparant la réponse des gouttelettes à la conception des particules d’ADN, l’équipe a résolu le cas: ils ont découvert que le bullage et le rétrécissement basé sur la pénétration se produisaient ensemble, et ne se produisaient que lorsque les particules d’ADN étaient légèrement liées entre elles, alors que les particules d’ADN fortement liées conserveraient l’enzyme. dehors. Comme Saleh l’a noté, « c’est comme essayer de traverser une foule – si la foule se tient fermement la main, vous ne pourrez pas passer. »

Les bulles, alors, ne se produisent que dans les systèmes légèrement liés, lorsque l’enzyme peut passer à travers les particules d’ADN encombrées à l’intérieur de la gouttelette et commencer à ronger la gouttelette de l’intérieur. Les fragments chimiques créés par l’enzyme conduisent à un effet osmotique dans lequel l’eau est aspirée de l’extérieur, provoquant un phénomène de gonflement qui produit les bulles. Les bulles se développent, atteignent la surface des gouttelettes, puis libèrent les fragments dans une explosion gazeuse semblable à un rot. « C’est assez frappant à regarder, alors que les bulles gonflent et surgissent encore et encore », a déclaré Liedl.

Le travail démontre une relation complexe entre les propriétés matérielles de base d’un liquide biomoléculaire et ses interactions avec des composants externes. L’équipe estime que les connaissances acquises grâce à l’étude du processus de bouillonnement conduiront à la fois à de meilleurs modèles de processus vivants et à des capacités améliorées pour concevoir des gouttelettes liquides à utiliser comme bioréacteurs synthétiques.

La recherche a été rendue possible grâce à un prix à Saleh de la Fondation Alexander von Humboldt, qui lui a permis de visiter Munich et de travailler directement avec Liedl sur ce projet. «Ces types de collaborations internationales sont extrêmement productifs», a déclaré Saleh.


Des gouttelettes d’ADN bouillonnantes et rots


Plus d’information:
Omar A. Saleh et coll. La dégradation enzymatique des gouttelettes liquides d’ADN est modulée près de la limite de phase, Actes de l’Académie nationale des sciences (2020). DOI: 10.1073 / pnas.2001654117

Fourni par University of California – Santa Barbara

Citation: L’exposition aux enzymes provoque une réponse particulière dans les gouttelettes de liquide formées par l’ADN; Une nouvelle étude explique les mécanismes qui la sous-tendent (28 juillet 2020) récupérée le 28 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-exposure-enzymes-peculiar-response-liquid.html

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