André Estévez-Torres et Jean

« PROPOSITION DE STAGE ET/OU DE THÈSE »
Laboratoire: Laboratoire Jean Perrin
Adresse : UPMC, 4 place Jussieu, 75005 Paris, tour 32-33, 5eme étage (http://www.labos.upmc.fr/ljp/?article13)
Responsable de stage : André Estévez-Torres et Jean-Christophe Galas
Email : andre.este[email protected] et [e-mail]
N° et intitulé de l’Ecole Doctorale de rattachement : ED 564, PIF, Ecole Doctorale Physique en Ile de France
Profil recherché: Physicien/ne, chimiste, biochimiste, ingénieur intéressé/e par le sujet
Possibilité de poursuite en thèse : Oui
Financement envisagé : Pas de financement affiché
Titre du stage : Morphogenèse dans des systèmes moléculaires artificiels
Résumé : Notre groupe de recherche met en œuvre des systèmes biochimiques minimaux en dehors des cellules
pour essayer de comprendre la capacité des réseaux de réactions chimiques à traiter de l'information. Nos outils
sont la nanotechnologie à base d'ADN et d'ARN et la microfluidique.
Dans un premier axe de recherche, nous nous intéressons aux mécanismes
générateurs d'ordre spatio-temporel dans les systèmes moléculaires. Comment se fait-
il qu'un organisme constitué de molécules de taille nanométrique s'organise en une structure
de taille millimétrique, comme c'est le cas pour un embryon ? Afin d'étudier cette question
nous utilisons une approche bottom up qui consiste à mettre au point des programmes
moléculaires reproduisant les mécanismes de réaction-diffusion responsables de la
génération d'ordre dans le vivant : des structures de Turing, des ondes chimiques1,2 ou
encore des générateurs de bandes. Nous utilisons une nouvelle boîte à outils moléculaire
récente et très puissante avec laquelle il est aisé de designer et d'implémenter expérimentalement des réseaux de
réactions chimiques présentant des comportements dynamiques prévus à l'avance3 (oscillations, bistabilité,
seuillage). Cette boîte à outils est composée de simple brins d'ADN courts et de trois enzymes , et encode des
mécanismes tels que l'activation, l'inhibition, ou la dégradation. Ils constituent donc un système minimal analogue
aux réseaux de régulation génétique. La question que l'on se pose est la suivante : comment générer de façon
rationnelle une structure spatiotemporelle de réaction-diffusion définie à l'avance?
Dans un second axe de recherche nous étudions des mécanismes de régulation de
l'expression génétique à base d'ARN, toujours en dehors des cellules. En collaboration
avec des biologistes synthétiques nous souhaitons répondre à la question suivante : peut-on
développer des expériences in vitro susceptibles d'améliorer de façon significative la
construction de réseaux de régulation à base d'ARN qui seront finalement implémentés in
vivo ?
Dans un troisième axe nous couplons les deux approches précédentes à la synthèse de
matériaux contrôlée par des réseaux de réactions chimiques maintenus hors équilibre,
comme cela se produit in vivo. Pour ce faire nous utilisons des objets nanotechnologiques
dont la structure peut être configurée à façon : les origamis d'ADN4,5.
Si un de ces sujets vous intéresse n'hésitez pas à nous contacter (L3, M1, M2 ou thèse).
1. Padirac, A.; Fujii, T.; Estévez-Torres, A.; Rondelez, Y., Spatial Waves in Synthetic Biochemical Networks J. Am. Chem. Soc.
2013, 135, 14586-14592.
2. Zadorin AS, Rondelez Y, Galas J-C, & Estevez-Torres A, Synthesis of programmable reaction-diffusion fronts using DNA
catalyzers. Phys. Rev. Lett. 2015 114(6). Highlighted in Nature nanotech, Physics and Chemistry world.
3. Montagne, K.; Plasson, R.; Sakai, Y.; Fujii, T.; Rondelez, Y., Programming an in vitro DNA oscillator using a molecular
networking strategy Mol Syst Biol 2011, 7, 466.
4. Rothemund PWK, Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature 2006 440(7082):297-302. 5. Lee Tin Wah
J, David C, Rudiuk S, Baigl D, Estevez-Torres A, Observing and controlling the folding pathway of DNA origami at the
nanoscale. ACS Nano 10(2):1978-1987, 2016.
Ondes chimiques
d'ADN
Repliement d'origamis
d'ADN vu par AFM.
Le rectangle fait 100
nm de côté et 2 nm
d'épaisseur.