L'ADN vire à gauche

J. Lejeune

Analyse Génétique, 1979, 22, n° 4, 245-246.


Sommaire

Depuis 1953, l'ADN tourne à droite selon le modèle en spirale de Watson et Crick. La représentation en est assez claire. L'association des bases, adénine avec thymine et guanine avec cytosine, donne à la molécule l'aspect d'une échelle dont les montants verticaux seraient constitués des enchaînements d-ribose-phosphate, tandis que les marches seraient représentées par les bases appariées, maintenues horizontales.

Sitôt que les bases se rapprochent les unes des autres (cristallisation), la configuration du d-ribose impose une torsion progressive, la molécule prenant l'aspect d'un escalier en colimaçon. Les bases empilées les unes sur les autres, forment une volée de marches, bordées à l'extérieur par une sorte de rembarde constituée des enchaînements d-ribose-phosphate. Vue du dessus, cette volée descendante tourne à droite, la molécule est dextrogyre. Cette conformation est la seule possible si les azotes 7 des bases puriques sont situés en avant du plan formé par les montants de l'échelle. C'est la formule classique, dite B-DNA.

La découverte de Wang et coll. [2] montre que cette position des bases n'est pas la seule possible. En effet, si les azotes 7 des bases puriques sont situés en arrière du plan formé par les montants de l'échelle (ce qui correspond à un simple retournement de 180 degrés de chaque marche), la molécule se replie en tournant à gauche cette fois. La spirale résultante est un peu plus élancée que celle de Watson et Crick et fait un tour complet toutes les douze bases (au lieu de dix dans le modèle dextrogyre).

Cette forme sinistrogyre que Wang et coll. dénomment Z-ADN, a de très nombreuses implications biologiques. D'après Wang et coll., la séquence alternée G-C-G-CG-C- etc. donnerait toujours la forme gauche, ce qu'ils rapprochent fort justement du fait que cette séquence alternée est présente près de l'origine de réplication des parvovirus des rongeurs.

De même, le rapprochement des phosphates dans un petit sillon très étroit laisse à penser que les concentrations d'ions positifs doivent jouer un rôle important dans la stabilité de cette forme, gauche. Enfin, les bases étant exposées à l'extérieur de la spirale, une interaction avec les protéines peut être attendue et devrait être différente de celle observée dans la forme B-DNA.

Curieusement, cette " nouveauté " d'un ADN qui vire à gauche était attendue depuis dix ans par les cytogénéticiens. En effet, l'analyse systématique des chromosomes en anneau, avec la production de dicentriques, d'anneaux enclavés, de duplications et de déficiences locales, m'avait amené à conclure que, seul un mécanisme par échange de chromatides pouvait rendre compte de l'ensemble des faits. D'ailleurs, le marquage des chromatides par le d-BrdU, devait confirmer formellement cette origine.

Comme les mêmes accidents étaient alors observés dans les chromosomes en anneau des mitochondries humaines, il semblait que le phénomène fût absolument général pour la duplication des structures circulaires.

Cette théorie, fondée sur des considérations topologiques simples, avait un corollaire étrange pour l'époque : " La difficulté majeure d'un tel modèle provient de la contrainte qu'il impose à la structure de l'ADN. Cette molécule devrait alors être, soit à moitié dextrogyre et à moitié sinistrogyre, soit rester entièrement dextrogyre mais subir un pliage secon- daire avant fermeture de l'anneau, tel que la spirale primaire soit topologiquement annulée " [1].

La découverte de Wang et coll. [2], résout entièrement cette difficulté puisque l'ADN peut avoir des séquences alternativement dextrogyres et sinistrogyres et que, fort opportunément, le mode de pliage, par simple retournement des bases, fournit le moyen d'annuler exactement les deux systèmes torses opposés.

La splendide spirale dextrogyre de Watson et Crick est toujours aussi belle, mais sa monotonie impérieuse, incompatible avec les observations cytgénétiques, est maintenant équilibrée par une forme gauche, résolvant définitivement le problème topologique.

Il est réconfortant de voir que la simple rigueur de raisonnement cytogénétique amenait à penser que la nature est probablement plus ingénieuse que les premiers cristallographes ne l'imaginaient. Wang et coll. [2] viennent d'en donner la preuve.


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Références

1. LEJEUNE J. - De la duplication des structures circulaires. Ann. Génét., 1968, II, n° 2, 71-77.

2. WANG A.H.J., QUIGLEY GJ., KOLPAK F.J., CRAWFORD J.L, Van BOOM J.H., Van der MAREL G., RICH A. - Molecular structure of a left-handed double helical DNA fragment at atomic resolution. Nature, 1979, 282, 680-686.