Chimie et Reconnaissance d'acides nucléiques

Les thématiques de notre équipe portent sur le développement de nouvelles molécules (ligands, sondes fluorescentes) reconnaissant les structures non-canoniques de l’ADN et de l’ARN ; en particulier, les structures endommagées de l’ADN qui représentent des intermédiaires clés dans le processus de réparation de l’ADN et sont, ainsi, des cibles privilégiées. Nous étudions également les effets biologiques de ces ligands sur des modèles cellulaires, explorant l’hypothèse que ces composés peuvent interférer avec les fonctions biologiques des acides nucléiques et/ou le processus de réparation de l’ADN, visant des applications potentielles dans le contexte de la thérapie contre le cancer.

Reconnaissance de défauts d’appariement dans l’ADN double-brin

Reconnaissance des mésappariements et contrôle de l’hybridation de l’ADN par des ligands : Nous avons développé une famille de ligands macrocycliques de type polyazacyclophane (autrement appelés « cyclo-bisintercalants »), des ligands uniques de l’ADN, dont la géométrie très particulière est le facteur déterminant de leur forte affinité à des sites de défauts d’appariement Watson–Crick, tels que les mésappariements de bases ou les sites abasiques. En collaboration avec M. Jourdan (Grenoble) nous avons étudié la reconnaissance de mésappariements thymine–thymine (T-T) par ces ligands en utilisant la spectroscopie RMN de haut champ. Plus récemment, nous avons démontré que l’affinité de ces composés pour les sites de mésappariements peut être exploitée afin de contrôler l’hybridation de l’ADN. Ainsi, les deux brins d’ADN contenant plusieurs mésappariements T-T peuvent être amenés à s’hybrider en présence d’une quantité stœchiométrique de ligand. De plus, ce processus peut être contrôlé, de manière réversible, par l’ajout et/ou l’élimination de cations de cuivre(II) qui séquestrent le ligand sous forme d’un complexe binucléaire ne se liant pas à l’ADN. Ce comportement permet la mise en œuvre des « interrupteurs » ou des « machines » moléculaires à la base de l’ADN.

• Krafcikova, M.; Dzatko, S.; Caron, C.; Granzhan, A.; Fiala, R.; Loja, T.; Teulade-Fichou, M.-P.; Fessl, T.; Hänsel-Hertsch, R.; Mergny, J.-L.; Foldynova-Trantirkova, S.;* Trantirek, L.* Monitoring DNA–ligand interactions in living human cells using NMR spectroscopy. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 13281–13285. PDF (CC-BY-NC-ND)
• Kotera, N.; Guillot, R.; Teulade-Fichou, M.-P; Granzhan, A.* Copper(II)-Controlled Molecular Glue for Mismatched DNA. ChemBioChem 2017, 7, 618–622.
• Review: Granzhan, A.;* Kotera, N.; Teulade-Fichou, M.-P.* Finding needles in a basestack: recognition of mismatched base pairs in DNA by small molecules. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 3630–3665.
• Jourdan, M.; Granzhan, A.; Guillot, R.; Dumy, P.; Teulade-Fichou, M.-P.* Double Threading through DNA: NMR Structural Study of a Bis-Naphthalene Macrocycle Bound to a Thymine–Thymine Mismatch. Nucleic Acids Res. 2012, 40, 5115–5128.
• Granzhan, A.; Largy, E.; Saettel, N.; Teulade‑Fichou, M.-P.* Macrocyclic DNA-Mismatch-Binding Ligands: Structural Determinants of Selectivity. Chem. Eur. J. 2010, 16, 878–889.

Reconnaissance de sites abasiques et inhibition de la réparation de l’ADN : La liaison des ligands aux autres sites de défauts d’appariement, notamment les sites abasiques, peut être exploité afin de moduler le processus de réparation enzymatique de l’ADN. Nous avons démontré que l’interaction de ligands macrocycliques avec l’ADN portant un site abasique conduit à une forte inhibition du clivage de l’ADN par l’endonucléase apurinique/apyrimidique 1 (APE1) par le mécanisme de masquage du substrat (« inhibition indirecte »), avec des valeurs d’IC50 comparables à ceux des meilleurs inhibiteurs « classiques » agissant sur la protéine. Le masquage de substrat représente alors une approche intéressante pour inhiber l’activité d’APE1. De plus, dans le cas du substrat natif, l’inhibition de l’activité enzymatique est accompagnée d’un clivage de l’ADN induit par le ligand-même via un autre mécanisme (β-élimination). Par conséquent, le ligand induit une altération, au niveau du mécanisme et des produits du clivage, de la prise en charge enzymatique des sites abasiques dans l’ADN. Ainsi, les ligands ciblant les sites abasiques peuvent être considérés comme des modulateurs des voies de réparation de l’ADN, avec un potentiel pour la thérapie anti-cancéreuse en combinaison avec les agents endommageant l’ADN.

• Caron, C.; Duong, X. N. T.; Guillot, R.; Bombard, S.; Granzhan, A.* Interaction of Functionalized Naphthalenophanes with Abasic Sites in DNA: DNA Cleavage, DNA Cleavage Inhibition, and Formation of Ligand–DNA Adducts. Chem. Eur. J. 2019, 25, 1949–1962.
• Kotera, N.; Granzhan, A.;* Teulade-Fichou, M.-P. Comparative study of affinity and selectivity of ligands targeting abasic and mismatch sites in DNA using a fluorescence-melting assay. Biochimie 2016, 128–129, 133–137.
• Kotera, N.; Poyer, F.; Granzhan, A.;* Teulade-Fichou, M.-P. Efficient inhibition of human AP endo­nuclease 1 (APE1) via substrate masking by abasic site-binding macrocyclic ligands. Chem. Commun. 2015, 51, 15948–15951.

Sondes fluorescentes pour les structures G-quadruplexes de l’ADN

La recherche des sondes fluorescentes pour l’ADN et l’ARN G-quadruplexes (G4) représente l’une des thématiques prioritaires dans ce domaine, car ces outils peuvent permettre une meilleure compréhension de la structure, de la persistance et des fonctions biologiques des G4-ADN et des G4-ARN. Dans ce contexte, nous avons développé des colorants de type 2,4-distyrylpyrimidinium (e.g., 1a et ses analogues), facilement accessibles et ayant une excellente réponse fluorimétrique pour les G4-ADN. Nous avons également développé une sonde multimodale (colorimétrique/fluorimétrique) BCVP, robuste et utilisable pour la détection et la discrimination optique des G4-ADN (par rapport aux autres structures de l’ADN) in vitro.

• Xie, X.; Zuffo, M.; Teulade-Fichou, M.-P.; Granzhan, A.* Identification of optimal fluorescent probes for G‑quadruplex nucleic acids through systematic exploration of mono- and distyryl dye libraries. Beilstein J. Org. Chem. 2019, 15, 1872–1889. PDF (CC-BY)
• Xie, X.; Reznichenko, O.; Chaput, L.; Martin, P.; Teulade-Fichou, M.-P.; Granzhan, A.* Topology‐Selective, Fluorescent “Light‐Up” Probes for G‐Quadruplex DNA Based on Photoinduced Electron Transfer. Chem. Eur. J. 2018, 24, 12638-12651.
• Xie, X.; Renvoisé, A.; Granzhan, A.;* Teulade-Fichou, M.-P. Aggregating distryrylpyridinium dye as a bimodal structural probe for G-quadruplex DNA. New J. Chem. 2015, 39, 5931–5935.
• Xie, X.; Choi, B.; Largy, E.; Guillot, R.; Granzhan, A.; Teulade-Fichou, M.-P.* Asymmetric Distyryl­pyridinium Dyes as Red-Emitting Fluorescent Probes for Quadruplex DNA. Chem. Eur. J. 2013, 19, 1214–1226.