Oligonucléotide

Les oligonucléotides sont de courts segments de chaines d'acides nucléiques (ARN ou ADN) de quelques dizaines de nucléotides. Ils sont en général obtenus par synthèse chimique, sous forme de simple brin (modifiées ou non modifiées) se composant de groupes fonctionnels choisis pour leur intérêt.

Les oligonucléotides contiennent donc cinq paires de bases, dont deux sont des dérivés de purine (adénine et guanine) et les autres sont des dérivés de pyrimidine (cytosine, thymine et uracile) ; et leur longueur est habituellement notée par le suffixe « mer » (du grec ancien μερος / méros, « partie ») précédé du nombre de résidus nucléotidiques. Par exemple, un oligonucléotide de 13 nucléotides est « un 13-mer ».

Synthèse des oligonucléotides

La synthèse d'oligonucléotide est une technique, très utilisée dans les laboratoires qui permet d'obtenir un accès inédit ou peu couteux à des oligonucléotides avec la séquence de nucléotides désirée. La technique a pour point de départ un support solide sur lequel est greffé le premier nucléotide. Depuis la fin des années 1970 la synthèse s'effectue de manière automatisée grâce à un synthétiseur. Une fois la synthèse terminée, l'oligonucléotide va être séparé du support solide par un clivage chimique. Cette méthode permet d'obtenir des oligonucléotide ADN, ARN ou mixte ainsi que des oligonucléotides modifiés. La synthèse d'oligonucléotides a connu un essor ces dernières années. De très nombreux synthétiseurs sont disponibles sur le marché et permettent une synthèse automatisée d'oligonucléotides; Les besoins croissants en oligonucléotides proviennent du développement de techniques comme la PCR, les puces à ADN.

Utilisation des oligonucléotides

Cette classe de substances est utilisée via diverses approches

Presque toutes sont émergentes et aux premières phases de développement.

Cependant, il existe plusieurs limites à l'état actuel des thérapies à petites molécules. Ainsi, l'utilisation d'oligonucléotides est apparue comme une avancée dans le traitement des maladies respiratoires, car celles-ci couvrent un large éventail de cibles[1],[2].

Principe de l'hybridation des oligonucléotides

Les oligonucléotides sont souvent utilisés comme sonde, c'est-à-dire des fragments d'ADN ou d'ARN marqué radioactivement ou chimiquement servant à retrouver une séquence d'acide nucléique par hybridation. L'hybridation des acides nucléiques est une technique fondamentale, basée sur la capacité des acides nucléiques simple brin de s'associer pour former une molécule double brin. Les méthodes d'hybridation utilisent des oligonucléotides marqués, appelé sonde. Ces oligonucléotides, placés dans un milieu très complexe contenant de nombreuses molécules non marquées d'acide nucléique vont s'associer uniquement avec celles qui ont une séquence complémentaire. Les oligonucléotides sont donc souvent utilisés comme sondes afin de détecter des ADN ou ARN complémentaires.

Exemples d'utilisations : Comme exemples d'utilisation des oligonucléotides ADN on peut citer :

  • Une puce à ADN est un ensemble de milliers d'oligonucléotides différents fixés sur une surface solide.
  • Le Southern blot est une technique de détection de séquence spécifique d'ADN après leur séparation par électrophorèse, par hybridation avec une sonde d'ADN marqué.
  • Le northern blot est une technique de détection de séquence spécifique d'ARN messager après leur séparation par électrophorèse, par hybridation avec une sonde d'ADN marqué.
  • Le FISH est une technique de détection de séquence spécifique d'ADN ou d'ARN dans des cellules ou des tissus. Des oligonucléotides fluorescents sont utilisés comme sonde. Ils s'hybrident avec la séquence recherché et par miscroscopie de fluorescence, il est possible de visualiser la localisation des séquences spécifiques lié à la sonde fluorescente.
  • La PCR est un procédé permettant d'amplifier presque n'importe quel fragment d'ADN. Elle utilise de courts oligonucléotides d'ADN, désignés sous le nom d'amorce. Ils génèrent une "cible" pour une polymérase qui va pouvoir lier et prolonger l'amorce par l'addition de nucléotides.
  • La méthode SELEX est une méthode de sélection à partir de banques combinatoires d'oligonucléotides synthétiques. Les oligonucléotides sélectionnés sont capables de fixer sélectivement un ligand donné, avec une affinité élevée et une haute spécificité.

Dans l'"argot de la science", les oligonucléotides sont appelés oligos.

Thérapies à base d'oligonucléotides

Un projet de vaccin nasal à base d'oligonucléotides a aussi été étudié en 2012 contre le SRAS[3].

Sinon, ce sont des thérapies géniques ou d'autres thérapies émergentes qui, à ce jour, ciblent quelques maladies respiratoires chroniques pour lesquelles les corticothérapies ont des effets limités[4] (asthme et maladie pulmonaire obstructive chronique principalement)[5]. On cherche maintenant à guérir — en amont — ces maladies respiratoires chroniques, en modifiant l'expression des gènes du patient en utilisant des molécules d'ARN pouvant médier l'ARNi (comme l'ARN interférant court (siRNA), l'ARNdb long, le microRNA (miRNA) et l'ARN en épingle à cheveux court (shRNA)[6].

Leur mode d'action est le « silençage génique » (post-transcriptionnel) ou l'« interférence ARN » utilisant des ARN double brin (ARNdb) régulant la fonction des gènes par interférence ARN (ARNi)[5]. Il s'agit de délivrer ces agents plus directement et spécifiquement aux tissus et aux cellules-cibles que l'on souhaite atteindre (ce qui permet au passe d'utiliser de moindres doses du médicament, parfois très coûteux et/ou ayant des effets secondaires indésirables), pour l'instant afin de soigner des maladies inflammatoires chroniques. Ce type de thérapie implique généralement d'utiliser des nanoparticules (nano-médicaments)[5] ; il implique aussi protéger la nanogouttelette et le matériel génétique qu'elle doit transporter contre la digestion par certains enzymes (nucléases)[3].

Des oligonucléotides sont aussi déjà très utilisés pour transférer des gènes sous la forme de « matériaux supports polymères, liposomaux et inorganiques »[5].

  • Les liposomes peuvent délivrer efficacement divers oligonucléotides dont l'ARNsi et l'ARNm. Diverses maladies respiratoires pourraient profiter de leur développement[5] ;
  • Les niosomes (vésicules fabriquées à partir de tensioactifs non-ioniques) peuvent aussi administrer de manière ciblée et optimale des biomédicaments[7] ; ils peuvent par exemple transporter efficacement des gènes ; une équipe a réussi à créer des niosomes de liposides cationiques qui ont pu empêcher la dégradation de l'ADN l'ont aidé à entrer dans les cellules. Une autre étude a utilisé des niosomes cationiques pour du transport intracellulaire d'informations génétiques (siARN/miARN). Les niosomes peuvent conduire à un silençage génique efficace dans les cellules souches mésenchymateuses humaines[8].

Quantification

Les oligonucléotides sont quantifiés par mesure d'absorbance dans une cuve en quartz à une longueur d'onde de 260 nm à l'aide d'un spectrophotomètre UV. À partir de cette densité optique, la concentration et quantité de matière d'oligonucléotide peuvent être calculées.

Notes et références
  1. Rosanne M. Séguin et Nicolay Ferrari, « Emerging oligonucleotide therapies for asthma and chronic obstructive pulmonary disease », Expert Opinion on Investigational Drugs, vol. 18, no 10,‎ , p. 1505–1517 (ISSN 1354-3784, PMID 19715448, DOI 10.1517/13543780903179294, lire en ligne, consulté le )
  2. (en) Nicolay Ferrari, Rosanne Seguin et Paolo Renzi, « Oligonucleotides: a multi-targeted approach for the treatment of respiratory diseases », Future Medicinal Chemistry, vol. 3, no 13,‎ , p. 1647–1662 (ISSN 1756-8919 et 1756-8927, DOI 10.4155/fmc.11.108, lire en ligne, consulté le )
  3. (en) Dharmendra Raghuwanshi, Vivek Mishra, Dipankar Das et Kamaljit Kaur, « Dendritic Cell Targeted Chitosan Nanoparticles for Nasal DNA Immunization against SARS CoV Nucleocapsid Protein », Molecular Pharmaceutics, vol. 9, no 4,‎ , p. 946–956 (ISSN 1543-8384 et 1543-8392, DOI 10.1021/mp200553x, lire en ligne, consulté le )
  4. Qiu Y., Lam J.K.W., Leung S.W.S., Liang W. Delivery of RNAi therapeutics to the airways-from bench to bedside. Molecules. 2016;21
  5. (en) Meenu Mehta, Deeksha, Devesh Tewari et Gaurav Gupta, « Oligonucleotide therapy: An emerging focus area for drug delivery in chronic inflammatory respiratory diseases », Chemico-Biological Interactions, vol. 308,‎ , p. 206–215 (PMID 31136735, PMCID PMC7094617, DOI 10.1016/j.cbi.2019.05.028, lire en ligne, consulté le )
  6. Qiu Y., Lam J.K.W., Leung S.W.S., Liang W (2016) Delivery of RNAi therapeutics to the airways-from bench to bedside. Molecules. ; 21
  7. (en) Ketousetuo Kuotsu, KaziMasud Karim, AsimSattwa Mandal et Nikhil Biswas, « Niosome: A future of targeted drug delivery systems », Journal of Advanced Pharmaceutical Technology & Research, vol. 1, no 4,‎ , p. 374 (ISSN 0110-5558, DOI 10.4103/0110-5558.76435, lire en ligne, consulté le )
  8. (en) Xuemei Ge, Minyan Wei, Suna He et Wei-En Yuan, « Advances of Non-Ionic Surfactant Vesicles (Niosomes) and Their Application in Drug Delivery », Pharmaceutics, vol. 11, no 2,‎ , p. 55 (PMID 30700021, PMCID PMC6410054, DOI 10.3390/pharmaceutics11020055, lire en ligne, consulté le )

Voir aussi

Articles connexes
  • Aptamère (oligonucléotides ayant d'importantes applications biologiques)
  • nano-médicament
  • Liposome
  • Niosome

Bibliographie
  • Portail de la biologie cellulaire et moléculaire
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