Le signal dans le bruit : taille et dynamique des domaines topologiques à partir des fluctuations de l’ADN

Dans la cellule, de longues molécules d’ADN portent l’information génétique et doivent être stockées tout en restant accessibles pour interagir avec diverses biomolécules qui contrôlent la lecture et le traitement de cette information. Les protéines de liaison à l’ADN interviennent souvent dans ces processus en rapprochant deux sites distants de l’ADN, induisant ainsi des domaines topologiques transitoires. 

Le travail présenté dans ce séminaire montre comment la prise en compte des fluctuations de l’extension de l’ADN, en plus de l’extension moyenne, fournit des informations supplémentaires sur les interactions protéines-ADN qui ne sont pas détectables autrement.

Les Séminaires NUMEV sont ouverts à un large public d’étudiants, étudiantes, chercheurs et chercheuses de toutes disciplines, qui souhaitent en savoir plus sur les domaines de recherche actuels de la communauté NUMEV-MIPS (Mathématiques, Informatique, Physique et Systèmes) ou sur les possibilités de développer ses compétences et savoir-faire.

« The signal in the noise: size and dynamics of topological domains from DNA fluctuations »

Enrico Carlon, Soft Matter and Biophysics, KU Leuven, Belgium

Abstract

In the cell, long DNA molecules carry the genetic information and must be stored yet remain accessible to interact with various biomolecules which control for read out and processing. DNA-binding proteins often mediate these processes by bringing two distant DNA sites together, thereby inducing (transient) topological domains. In order to understand the dynamics and molecular architecture of protein-induced topological domains in DNA, quantitative and time-resolved approaches are required.

Here we present a methodology to determine the size and dynamics of topological domains using the analysis of fluctuations: a protein-binding event causes a drop in the variance in the end-end distance of a stretched over-wound DNA molecule. Using a combination of high-speed magnetic tweezers experiments, Monte Carlo simulations, and analytical theory, we map out the dependence of DNA extension fluctuations as a function of supercoiling density and external force. We demonstrate how transient (partial) dissociation of DNA bridging proteins results in dynamic sampling of different topological states.

Our work highlights how considering DNA extension fluctuations, in addition to the mean extension, provides additional information and enables the investigation of protein-DNA interactions that are otherwise not detectable.