Étude structurale des brins d'ADN et de leurs interactions par diffusion Raman exaltée de surface

Structural study of DNA strands and their interactions by surface-enhanced Raman scattering

• Auteur / Autrice : Aicha Azziz
• Direction : Marc Lamy de la Chapelle, Mathieu Edely
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique
• Date : Soutenance le 13/12/2024
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
• Jury : Président / Présidente : Aymeric Leray
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Monica Focsan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Lecomte, Nordin Felidj

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Raman, Effet augmenté en surface

ADN

Mots clés libres

SERS

BIOCAPTEURS

ADN

PLASMON

INTERACTION BIOMOLECULAIRE

NANOPARTICULES D'OR

SUBSTRAT SERS

SERS

BIOSENSORS

DNA

PLASMON

BIOMOLECULAR INTERACTION

GOLD NANOPARTICLES

SERS SUBSTRAT

Résumé

Le développement de méthodes rapides et sensibles de détection et d’étude de l’ADN suscite un intérêt croissant notamment dans le domaine biomédical pour le diagnostic moléculaire.Dans ce cadre, la technique de diffusion Raman exaltée de surface (SERS) s’est révélée être un outil idéal pour l'étude de la structure des brins d'ADN et des interactions moléculaires entre deux brins d'ADN.Dans un premier temps, nous avons évalué les capacités de détection de plusieurs substrats SERS commerciaux en utilisant une solution diluée de 4-MBA. Cette étude nous a permis de déterminer quel substrat présentait les meilleures performances SERS et lequel pouvait être exploité pour l'étude des brins d'ADN. Des nanoparticules colloïdales ont également été utilisées pour travailler en milieu liquide.Les signatures spectrales de plusieurs séquences d'ADN ont été étudiées avec des séquences monobases ou polybases. Nous avons pu obtenir des spectres de référence pour chaque base et montrer une dépendance du signal en fonction de la séquence.La caractérisation spectrale des brins d'ADN avant et après hybridation avec un brin complémentaire nous a permis de suivre les changements structuraux des brins d'ADN induits par l'hybridation. Nous avons pu mettre en évidence des modifications de l’orientation ou la diminution de la flexibilité des brins lors de l’hybridation en absence et en présence des mésappariements. Grace à l’utilisation d’outils d’analyses comme l'analyse par composante principale, il a été possible d’analyser et interpréter les données et de proposer des modèles d'interaction moléculaire.

The development of rapid and sensitive methods for DNA detection and analysis is gaining increasing interest, particularly in the biomedical field for molecular diagnostics.In this context, surface-enhanced Raman scattering (SERS) has proven to be an ideal tool for studying the structure of DNA strands and the molecular interactions between two DNA strands.Initially, we assessed the detection capabilities of several commercial SERS substrates using a diluted 4-MBA solution. This study allowed us to determine which substrate exhibited the best SERS performance and could be exploited for the study of DNA strands. Colloidal nanoparticles were also employed for experiments in liquid media.The spectral signatures of several DNA sequences were studied using monobase or polybase sequences. We were able to obtain reference spectra for each base and demonstrate a signal dependency based on the sequence.Spectral characterization of DNA strands before and after hybridization with a complementary strand allowed us to track structural changes in the DNA strands induced by hybridization. We were able to highlight modifications in orientation or reduced flexibility of the strands during hybridization, both in the presence and absence of mismatches. Through the use of analytical tools such as principal component analysis, it was possible to analyze and interpret the data, leading to proposed models of molecular interaction.