Simulations et expériences sur le repliement de l'ARN : prédictions statistiques des pseudonoeuds in silico et réalisation de commutateurs ARN par transcription in vitro

Cette thèse comporte deux parties, une numérique et une expérimentale. Dans la partie numérique, nous discutons d’un algorithme stochastique qui modélise la dynamique de repliement des molécules d'ARN intégrant les motifs pseudonoeuds. Nous avons développé un algorithme qui accélère la simulation de systèmes Markovien piégés dynamiquement. A chaque pas, le nouvel état visité est choisi en dehors de l’ensemble des n états de référence. Les propriétés du système sont moyennées exactement le long de toutes les trajectoires sur les n états. L’algorithme d’ordre O(n2) contient le calcul des moyennes et la mise à jour des n états de références. En appliquant cette méthode d’accélération exacte de la stochastique nous obtenons des gains de temps variant de 5 à 100 pour des ARN de longueur allant jusqu’à 400 bases. Nous avons replié un grand nombre de séquences naturelles et artificielles pour conclure que les pseudonoeuds ne sont pas uniformément présents dans les structures d’ARN. La comparaison avec les structures prédites par les algorithmes classiques, montre que la présence de pseudonoeuds peut entraîner de large modification dans la configuration. Dans la partie expérimentale, nous avons démontré la possibilité de coder à la fois de l’information de type statique et dynamique le long d’une séquence. Dans ce dessein, nous avons dessiné une séquence artificielle se relaxant dans deux configurations bistables. Selon le sens de transcription, la molécule se replie théoriquement dans l’une ou l’autre des deux configurations. Le chemin de repliement est simplement codé en jouant sur la stabilité des hélices intermédiaires formées en cours de transcription. Comme il est biologiquement interdit de transcrire dans le sens 3’-5’, nous avons dessiné un couple de molécules artificielles qui permet de rendre compte d’une transcription réverse. A temps court les molécules se replient dans l’une des deux des configurations puis relaxent bien dans les deux configurations bistables