Dynamic DNA origamis as isothermal supramolecular machines : melting dynamics, photocontrol and isothermal folding
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
DNA origamis and Single Stranded Tiles (SST) appear to be two of the most promising components of the DNA nanotechnology field in terms of possible designs and applications. In this thesis, we explored the thermodynamic and kinetic aspects underlying DNA nanostructures formation as well as new practical ways to build dynamic programmable nano-objects. Notably, the study of the formation process evidenced the unnecessary presence of magnesium ions or buffering molecules in the medium, and new formation conditions have been described. The melting process triggered by temperature elevation was characterised using a new quantified gel electrophoresis method evidencing for the first time a non-monotonous behaviour and calling for a new definition of DNA origami melting temperature. Both formation and melting process were furthermore demonstrated to be controllable by light using AzoDiGua, a photosensitive DNA intercalator previously developed by our group. This allowed us to observe for the first time a light-controlled hybridisation / dehybridisation process within individual origamis at constant temperature and thus achieve a controlled motion at the nanoscale. We also established an original method for the isothermal formation of DNA origamis and SST at constant room temperature and without the presence of any denaturating agent. This allowed us to observe for the first time and in situ the isothermal folding of individual origamis, thus evidencing that origamis can reach their final equilibrium shape following a variety of folding pathways.
Abstract FR:
Les origamis d’ADN et les Single Stranded Tiles (SST) semblent être deux des composants les plus prometteurs du domaine des nanotechnologies d’ADN en termes de conceptions et d'applications possibles. Dans cette thèse, nous avons exploré les aspects thermodynamiques et cinétiques sous-jacents à la formation de ces objets, ainsi que de nouvelles méthodes pour construire des nanoobjets programmables dynamiques. Notamment, l'étude du processus de formation a mis en évidence la présence inutile d'ions magnésium ou de molécules tampons dans le milieu, et de nouvelles conditions de formation ont été décrites. Le processus de fusion a été caractérisé à l'aide d'une nouvelle méthode d'électrophorèse sur gel quantifiée mettant en évidence un comportement non monotone et appelant une nouvelle définition de la température de fusion des origamis. De plus, nous avons démontré que la formation et la fusion pouvaient être contrôlées par la lumière en utilisant AzoDiGua, un intercalant d’ADN photosensible mis au point précédemment par notre groupe. Cela nous a permis d'observer pour la première fois un processus d'hybridation/déshybridation contrôlé par la lumière au sein d'origamis individuels à température constante et d'obtenir ainsi un mouvement contrôlé à l'échelle nanométrique. Nous avons également mis au point une méthode originale pour la formation isotherme d’ADN origamis et de SST à température ambiante constante et en l’absence de tout agent dénaturant. Cela nous a permis d'observer pour la première fois et in situ le pliage isotherme d'origamis individuels, démontrant ainsi que l'origami peut atteindre sa forme d'équilibre final en suivant une variété de voies de pliage.