Une étude, dont les résultats intitulés «What Makes Thienoguanosine an Outstanding Fluorescent DNA Probe?» ont été publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society, révèle les mécanismes photophysiques à l’origine des propriétés fluorescentes exceptionnelles dans l’ADN de la thiénoguanosine, un analogue hautement fluorescent de la guanosine (elle est «capable de substituer parfaitement et suivre sélectivement la conformation et la dynamique d'une guanosine donnée dans un ADN»). Cette étude ouvre ainsi «de nouvelles possibilités pour l'utilisation rationnelle et l'interprétation des données de séquences marquées à la ^thG».

Rappelons tout d'abord que les molécules d'ADN, qui codent les informations génétiques nécessaires au vivant, doivent, pour assurer ce rôle, «interagir avec un grand nombre de protéines qui peuvent modifier la structure, la conformation, ou la dynamique de la double hélice d'ADN». Pour observer «les mécanismes moléculaires de ces interactions, les techniques de fluorescence sont un outil de choix en raison de leurs excellentes sensibilité et résolution spatio-temporelle».

Comme «les bases naturelles ne sont pratiquement pas fluorescentes, il est nécessaire de recourir à des analogues fluorescents de bases, capables de substituer sans perturbation les bases naturelles et émettre une fluorescence intense, sensible à l'environnement». Récemment développée, la thiénoguanosine (^thG) «est un substitut isomorphe de la guanosine (G), qui apparaît particulièrement prometteuse à cet égard, remplaçant presque parfaitement les résidus G dans les ADN double brin appariés et non appariés».

En outre, «contrairement à de nombreux autres analogues fluorescents de bases, la ^thG n'est pas fortement éteinte lorsqu'elle est incorporée dans des séquences ADN et peut donc être utilisée pour suivre sélectivement la conformation et la dynamique d'un résidu G donné dans un ADN».

Comme «les propriétés photophysiques de la ^thG, en particulier lorsqu’elle est incluse dans l'ADN sont encore largement incomprises», jusqu'ici, «la plupart des applications proposées pour cette sonde reposaient sur des changements empiriques de son intensité de fluorescence et n'exploitaient donc pas tout le potentiel de cette sonde riche en informations».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a analysé vingt duplex d'ADN, «où les bases opposées et voisines de ^thG étaient systématiquement variées». Elle montre, «en utilisant la spectroscopie de fluorescence, des simulations de dynamique moléculaire et des calculs mixtes de mécanique quantique / mécanique moléculaire», que, dans les duplex appariés, «le rendement quantique et les temps de vie de fluorescence de thG apparaissent quasiment indépendants des bases voisines».

Ces propriétés sont attribuées «à l’appariement 'Watson-Crick' de la ^thG avec la cytosine, qui maintient une orientation et une distance stables entre les nucléobases, de sorte qu'un mécanisme de transfert de charge (CT) unique régit la photophysique de ^thG indépendamment de ses bases voisines». Il en résulte que ^thG peut «remplacer n'importe quel résidu G dans des duplex appariés, tout en conservant des caractéristiques photophysiques inchangées».

Par contre, «la déstabilisation locale induite par un mésappariement ou un site abasique instaure une forte dépendance du contexte environnemental des rendements quantiques et temps de vie de fluorescence de la ^thG», une dépendance «régie par l'efficacité de formation du CT et l'exposition au solvant de la ^thG».

Du fait de cette sensibilité «^thG apparait idéale pour suivre des changements structurels locaux dans les interactions protéines/ADN et identifier un polymorphisme d’un seul nucléoside». Comme «le temps de vie de fluorescence dominant de la ^thG dans l’ADN est inhabituellement élevé (9 à 29 ns)», cela «facilite sa mesure sélective dans des milieux complexes en utilisant un schéma de détection basé sur les temps de vie ou des fenêtres temporelles».

Ce travail qui permet «de rationaliser pour la première fois les propriétés spectroscopiques de la ^thG dans les duplex d'ADN, en identifiant les différents effets modulant ses caractéristiques photophysiques», valide ^thG «comme une base fluorescente unique combinant une substitution presque parfaite des résidus G, la préservation d'une fluorescence élevée, des durées de vie de fluorescence exceptionnellement longues et une forte sensibilité à l'exposition au solvant et au contexte de l'ADN».