Repousser les frontières de la spectrométrie de masse pour étudier l'ADN

En la couplant à un laser, des scientifiques bordelais ont réussi à développer de nouvelles applications de la spectrométrie de masse aux acides nucléiques. Cette avancée technologique a été publiée dans la revue Science le 26 juin 2020. Entretien avec Valérie Gabelica, directrice de recherche Inserm au laboratoire ARNA* et à l’IECB**, et co-auteur de la publication.

  • 30/06/2020

Brin d'ADN © psdesign1 Fotolia.com Brin d'ADN © psdesign1 Fotolia.com

Quels travaux de recherche menez-vous avec votre équipe ?

Chimiste de formation, je dirige au sein du laboratoire ARNA et à l’IECB des recherches à l’interface physique-chimie-biologie. Avec mon équipe, nous étudions comment des courtes séquences d’ADN ou d’ARN se replient en trois dimensions et interagissent avec d’autres molécules. Pour déterminer ces interactions, nous utilisons la spectrométrie de masse. Cette méthode permet de mesurer les masses de chaque molécule d’un échantillon. Lorsque les molécules interagissent, elles forment des complexes et leurs masses s’additionnent. Le spectromètre nous permet alors de connaître cette masse et donc d’identifier les molécules qui s’associent.

Mais cette méthode ne donne pas d’information sur leur structure tridimensionnelle, comme leur chiralité par exemple. En effet, la plupart des biomolécules comme l’ADN, les protéines et les sucres, sont chirales : leur structure tridimensionnelle ne peut pas être superposée à leur image dans un miroir. Dans le cas de l’ADN, cela est dû à sa forme en hélice, qui tourne à droite chez l’ADN naturel. Pour déterminer l’hélicité de ces molécules, il faut les faire interagir avec de la lumière circulairement polarisée. Jusqu’à présent, il fallait utiliser deux instruments différents.

Et vous avez ainsi développé une nouvelle méthode ?

En effet, après plusieurs tentatives, nous avons enfin réussi à développer à Bordeaux un instrument « 2 en 1 » couplant la spectrométrie de masse et la lumière polarisée circulaire. Cette dernière méthode, appelée spectroscopie de dichroïsme circulaire, est largement utilisée pour caractériser les composés chiraux en solution. Cependant, l'interprétation des données est difficile dans le cas de mélanges. Ici, nous avons développé une méthode pour enregistrer les spectres de dichroïsme circulaire électroniques d'hélices d'ADN après séparation dans un spectromètre de masse.

Valerie Gabelica, chercheuse au laboratoire ARNA et à l'IECB, devant l'instrument developpé par son équipe © Valérie Gabelica

À cet effet, nous avons utilisé comme modèle des brins riches en guanines - une des principales bases des acides nucléiques - ayant diverses structures secondaires appelés G-quadruplexes. Les spectres reconstruits ressemblent à leurs homologues en solution, ce qui nous permet d'attribuer la topologie de ces multi-hélices de l'ADN. Ainsi, nous pouvons désormais caractériser la structure directement sur des biomolécules triées en masse. Cela élargit considérablement les capacités offertes par la spectrométrie de masse et fait ainsi l’objet d'une publication.

Dans quel contexte s’inscrivent ces travaux de recherche ?

De juin 2014 à février 2020, j’ai porté le projet ERC DNAFOLDIMS dont l’objectif était de repousser les limites de la spectrométrie de masse des acides nucléiques et décrire de nouveaux mécanismes de formation de structures. Nous avons notamment voulu comprendre comment les hélices sont préservées ou modifiées lorsqu’elles passent de la solution au milieu gazeux nécessaire pour la spectrométrie de masse. Au total, une dizaine de personnes du laboratoire ARNA ont été impliquées dans ces travaux de chimie analytique. Les travaux publiés dans Science sont le résultat de la partie la plus difficile du projet. La conception et la réalisation du dispositif expérimental ont pris cinq années et ont été menées par Frédéric Rosu, de la plateforme de BioPhysico-Chimie Structurale de l'IECB. Les expériences montrant l’application aux structures G-quadruplexes et ont quant à elles été réalisés en majeure partie par Steven Daly, post-doctorant, pendant deux ans et demi. Tout cela est le fruit d’un long travail, et cela est très gratifiant d’en voir une partie aboutir comme publication dans la revue Science.

*ARNA – ARN : régulations naturelles et artificielles (Inserm, CNRS et université de Bordeaux)

**IECB – Institut européen de chimie et de biologie (CNRS, Inserm et université de Bordeaux)

***ERC European Research Council

Thèmes :

Référence bibliographique

Mass-resolved electronic circular dichroism ion spectroscopy. Steven Daly, Frédéric Rosu, Valérie Gabelica.

Contact scientifique

Valérie Gabelica
Directrice de recherche Inserm au laboratoire ARNA