Polynucléotide

Définition

Un polynucléotide est une combinaison de monomères nucléotidiques reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes. Une seule molécule de polynucléotide est constituée d'au moins 13 monomères de nucléotide dans une structure en chaîne. L'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique) sont des exemples de polynucléotides.

ARN et ADN sont des polynucléotides :

L'ADN est une polynucléotide (chaîne polynucléotidique) double brin. Chaque chaîne est formée d'un squelette sucre-phosphates et de bases liées au projet de groupement sucre à partir du squelette. Les paires de bases d'ADN sont complémentaires les unes des autres.

Explications

Les polynucléotides sont constitués de 13 monomères nucléotidiques ou plus joints pour former une chaîne. Par exemple, l'acide désoxyribonucléique (ADN) comprend deux chaînes polynucléotidiques torsadées en hélice et a un diamètre d'environ 2 nm. La séquence de nucléotides détermine l'instruction pour la cellule particulière. Les polynucléotides ont été utilisés à des fins biomédicales telles que la thérapie génique et le séquençage de l'ADN.

En thérapie génique, des matériaux génétiques exogènes tels que l'ADN, l'acide ribonucléique (ARN), les petits ARN interférents et les oligonucléotides antisens sont délivrés localement ou systémiquement pour remplacer ou compenser les gènes défectueux. De plus, les éléments constitutifs de l'ADN fournissent des attributs exceptionnels qui ont inspiré le développement de biocapteurs hautement sensibles, de systèmes d'administration de médicaments, d'immunomodulation et d'échafaudages cellulaires pour les thérapies régénératives.

✅ L'aptamère, également appelé anticorps chimique, est un polynucléotide de faible poids moléculaire et souvent identifié par des méthodes de criblage à haut débit telles que SELEX.

✅ Les matériaux dérivés de polymères naturels tels que les protéines, les polysaccharides et les polynucléotides ont une histoire prouvée d'utilisation à des fins médicales depuis des siècles. Les Mayas utilisaient la nacre comme implants dentaires et les Égyptiens utilisaient des tendons d'animaux comme suture pour la fermeture des plaies.

✅ Le terme nanogel a été introduit pour la première fois pour définir des réseaux réticulés à double fonction d'un polyion et d'un polymère non ionique pour la délivrance de polynucléotide. Les nanogels sont composés de particules nanométriques formées par des réseaux de polymères réticulés physiquement ou chimiquement qui gonflent dans un bon solvant.

Différences

Il existe des différences entre oligonucléotide et polynucléotide. L'oligonucléotide fait référence à de courtes molécules d'ADN ou d'ARN avec un petit nombre de nucléotides, tandis que le polynucléotide fait référence à un biopolymère contenant 13 nucléotides ou plus.

Les polynucléotides sont constitués de longues chaînes de nucléotides comme l'ADN et l'ARN, tandis que les polysaccharides sont composés de monosaccharides reliés par une liaison glycosidique et les polypeptides sont de courts polymères d'acides aminés liés entre eux par une liaison amide.

Formation

Les nucléotides se rejoignent au moyen d'une liaison phosphodiester. La liaison phosphodiester relie le groupe phosphate d'une base au groupe -OH sur le carbone 3 du sucre d'une autre base. La jonction nucléotidique aboutit à la formation d'oligonucléotides (brins d'acides nucléiques comportant quelques nucléotides) ou de polynucléotides (chaîne de nucléotides comportant des centaines de nucléotides). Un polynucléotide n'a pas de ramifications. Chaque brin d'un polynucléotide est constitué d'un groupe sucre et phosphate alterné. Les bases puriques ou pyrimidiques se joignent à un groupe sucre-phosphate répétitif dans le squelette polynucléotidique par des liaisons N-glycosidiques.

Cas de l'ADN

L'ADN est composé de deux brins polynucléotidiques qui sont enroulés l'un autour de l'autre pour donner la forme en double hélice. Un examen attentif de l'ADN montre que les liaisons hydrogène entre les bases nucléotidiques maintenaient les deux brins ensemble.

L'ADN est composé de deux chaînes polynucléotidiques (polynucléotides) torsadées en une hélice de 2 nm de diamètre. Le biochimiste russe Phoebus Levene a proposé la structure polynucléotidique des acides nucléiques en 1919. Chaque nucléotide est composé d'une base azotée, d'une molécule de sucre pentose (désoxyribose pour l'ADN et ribose pour l'ARN) et d'un groupe phosphate. Les purines et les pyrimidines sont les deux groupes de bases azotées. Les deux types sont des composés organiques aromatiques hétérocycliques. Une purine est une pyrimidine fusionnée à un cycle imidazole à cinq chaînons. Les acides nucléiques adénine (A) et guanine (G) sont des purines, et la cytosine (C) et la thymine (T) (et l'uracile (U) dans l'ARN) sont des pyrimidines. En raison de la nature de l'appariement chimique, la base A sur un brin forme généralement des liaisons hydrogène avec la base T sur un autre brin, et de même C avec G.

⭐ Les polynucléotides ADN et ARN, bien que relativement stables dans la plupart des tissus, se renouvellent rapidement dans les cellules en division. L'ADN et l'ARN doivent d'abord être dégradés en mononucléotides constitutifs, qui sont eux-mêmes dégradés davantage. Diverses enzymes capables d'hydrolyser les liaisons phosphodiester ont été décrites et comprennent des ribonucléases spécifiques de l'ARN et des désoxyribonucléases de l'ADN ainsi que des nucléases, des phosphorylases et des phosphomonoestérases non spécifiques. Les mononucléotides ont le taux de renouvellement le plus élevé, l'ADN le plus faible. En outre, le catabolisme du monophosphate résultant différera selon qu'il s'agit d'un ribonucléotide pyrimidine ou purine ou d'un désoxyribonucléotide. Par exemple, alors que les ribonucléotides d'adénine sont principalement désaminés au niveau des nucléotides chez l'homme par l'AMP-désaminase, la désoxy-AMP n'est pas un substrat pour cette enzyme et doit d'abord être dégradée en désoxyadénosine et désaminée au niveau des désoxynucléosides.

Directionnalité

Les nucléotides adjacents dans un seul brin d'ADN (polynucléotide) sont reliés par une liaison phosphodiester entre leurs carbones 3′ et 5′. Rappelons qu'une liaison ester est R-O-R : la liaison est ici C-O-P-O-C. Cela signifie que les carbones 5′ et 3′ respectifs sont exposés à chaque extrémité du polynucléotide, qui sont donc appelés l'extrémité 5′ et l'extrémité 3′. Celles-ci sont également appelées respectivement extrémités phosphoryle et hydroxyle, en raison des groupes chimiques généralement présents à ces extrémités.

Un polynucléotide a donc une directionnalité : les deux extrémités de la molécule ont des propriétés biochimiques très différentes, et se comportent très différemment dans les processus génétiques moléculaires. Il est donc essentiel de reconnaître quelle fin est laquelle.

Immunogénicité de l'ADN microbien

Les polynucléotides dG peuvent former des conformations à quatre brins qui sont reconnues par le récepteur piégeur des macrophages. De plus, certains motifs d'ADN palindromiques, avec des séquences rarement présentes dans l'ADN de mammifère, peuvent activer les macrophages et être directement mitogènes pour les cellules B. L'effet mitogène existe par interaction avec des récepteurs intracellulaires actuellement inconnus après internalisation. La présence d'un noyau CpG non méthylé dans les motifs actifs semble être pertinente pour la discrimination soi-non-soi; la teneur en CpG est plus élevée dans les bactéries que dans l'ADN des mammifères et la cytosine n'est pas méthylée dans les bactéries. La possibilité (toujours théorique) existe que des molécules de surface bactériennes puissent être converties en antigènes T-indépendants par formation de complexes avec un motif d'ADN mitogène.

Polynucléotides thérapeutiques

De nos jours, les polynucléotides thérapeutiques sont largement utilisés par rapport aux procédures cliniques conventionnelles moins efficaces pour le traitement de nombreuses maladies telles que les cancers, les troubles héréditaires et les infections virales. Il existe de nombreux matériaux génétiques qui ont été étudiés pour la délivrance de nucléotides ou de polynucléotides dans des cellules telles que l'ADN plasmidique (ADN-p), l'ADN simple brin et les oligonucléotides antisens. En raison de la dégradation du matériel génétique dans un milieu biologique, un système de support est nécessaire pour délivrer efficacement un agent thérapeutique dans la cellule.

Tendances futures, les nanoparticules pour les vaccins et la thérapie génique

Les vaccins polynucléotidiques et à ADN présentent certains avantages par rapport à de nombreux vaccins conventionnels à base de protéines présentant une meilleure efficacité d'immunisation, un coût de production inférieur et un meilleur profil de stabilité et de meilleures propriétés de manipulation. Les BNP peuvent être des vecteurs efficaces pour les vaccins à ADN. Un vaccin à ADN à base de nano-chitosane codant pour les épitopes des lymphocytes T Esat-6 et FL s'est avéré efficace contre l'infection à Mycobacterium tuberculosis chez la souris.

Dans le domaine de la thérapie génique, le développement de nanomatériaux biodégradables pour la délivrance d'oligonucléotides présente une excellente opportunité pour résoudre les problèmes de sécurité habituellement rencontrés avec des vecteurs viraux ou non viraux. L'amélioration de l'activité de transfert de gènes et de la qualité fonctionnelle des nanoporteurs pour optimiser et cibler la délivrance de gènes sont actuellement les plus grands défis dans le développement et l'application de stratégies efficaces dans l'utilisation des BP comme porteurs pour la thérapie génique.

En rapport avec "polynucléotide"

• dinucléotide

  

  Un dinucléotide est une combinaison chimique composée de deux nucléotides, chaque nucléotide étant formé d'un phosphate, d'un pentose et d'une base azotée.

• dinucléotide CpG

  

  Un dinucléotide CpG (site CpG) est une combinaison chimique de deux nucléotides, qui ont les nucléobases cytosine et guanine.

• flavine adénine dinucléotide

  

  La flavine adénine dinucléotide (FAD) est un cofacteur capable de subir une action redox, présente dans plusieurs réactions importantes dans le métabolisme.

• flavine mononucléotide

  

  La flavine mononucléotide (FMN) est un transporteur d'hydrogène résultant de la phosphorylation de la riboflavine (vitamine B2).