Modélisation d'un simple brin d'ADN : Configuration en "épingle à cheveux"

Modelling DNA Hairpins

Jalal Errami (1)

1 Phys-ENS - Laboratoire de Physique de l'ENS Lyon

DNA beacons are made of short single strands of DNA with terminal regions consisting of complementary base sequences. As a result, the two end-regions can self-assemble in a short DNA double helix, called the stem, while the remaining central part of the strand makes a loop. In this closed configuration, the single strand has the shape of a hairpin. Such hairpin conformations are important in determining the secondary structure of long single strands of DNA or RNA.
In this thesis, we have developed two different models in order to study the thermodynamics and the kinetics of such systems. The first one is a planar square lattice model inspired by the lattice models which have been used to study protein folding. The second one includes the physical ingredients of the lattice model but without the constraint of the lattice. It combines polymer theory and the Peyrard-Bishop and Dauxois (PBD) model of DNA melting. With this approach we can compare our results quantitatively with the experimental ones.

Les « DNA beacons » sont des molécules composées de simple brins d'ADN dont les deux bouts contiennent des bases complémentaires et auxquels on attache un fluorophore et un quencher. Ainsi, ces deux extrémités peuvent s'assembler pour former un bout de double hélice d'ADN que nous appelons « stem », la partie centrale du brin forme alors une sorte de boucle. On appelle cette structure la configuration en « épingle à cheveux ». Un aspect important de cette structure est qu'elle représente des systèmes simples permettant une étude détaillée de l'assemblage/désassemblage de la double hélice d'ADN. Nous avons développé deux modèles différents pour étudier la thermodynamique et la cinétique de ces systèmes. Le premier est un modèle sur réseau inspiré des modèles utilisés pour l'étude des repliements des protéines. Le deuxième est un modèle qui inclut les ingrédients physiques du premier modèle mais sans la contrainte apportée par le réseau. Il combine la théorie des polymères et le modèle de Peyrard-Bishop et Dauxois (PBD) pour la double hélice. Avec cette nouvelle approche, nous sommes capable de comparer quantitativement nos résultats théoriques avec les résultats expérimentaux.

Mots clés: DNA hairpins; stem; loop; DNA beacons; polymer theory; PBD-model; melting curve; melting temperature; kinetics of opening and closing; activation energy

Mots clés: ADN simple brin; épingle à cheveux; polymère; modèle de PBD; poly(A); poly(T); courbe de dénaturation; température de transition; cinétique d'ouverture et fermeture; énergie d'activation

Domaines: Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]; Physique [physics]; Biophysique [physics.bio-ph]

Jalal Errami. Modélisation d'un simple brin d'ADN : Configuration en "épingle à cheveux". Data Analysis, Statistics and Probability [physics.data-an]. Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2007. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00156784⟩