Template synthesis of metal-modified DNA complexes and applications in the construction of two-and three- dimensional metal-DNA nanostructures

Template synthesis of metal-modified DNA complexes and applications in the construction of two- and three-dimensional metal-DNA nanostructures With the development of DNA nanotechnology, different two- and three-dimensional DNA assemblies have been built with precise control. However, most of these assemblies do not have functionalities due to the intrinsic passive nature of DNA molecules. Transition metal complexes can bring a variety of properties such as luminescence, redox, magnetic and catalytic properties to DNA assemblies. This thesis describes templated synthesis methods for the incorporation of transition metal complexes into DNA strands in a site-specific way and their application to build higher-order DNA structures.This thesis consists of four parts: 1) internal template synthesis of metal diphenyl-phenanthroline DNA duplexes which are highly stable, luminescent and electroactive, and the application of such metal-DNA junctions on the assembly of a dynamic cyclic DNA structure; 2) assembly of metal DNA cages from discrete cyclic structures; 3) using terpyridine and diphenyl phenanthroline modified DNA for the assembly of different coordination environments that are selective for certain metals, and their error-checking ability; 4) external template synthesis of chiral metal DNA junctions with four different single strand arms and its application in building metalated DNA nanotubes. This work in collection gives general simple methods to site-specifically incorporate a variety of metal complexes into one-, two- and three dimensional DNA structures with high efficiency.La synthèse à «template» pour modifier l'ADN avec des complexes de métaux de transition et son utilité dans la construction de structures métallo-ADN en deux et en trois dimensions Grâce au développement de nanotechnologies basées sur l'ADN, divers assemblages d'ADN dont des structures en 2D, 3D ont été préparées d'une manière précise et contrôlée. La plupart de ces assemblages n'ont aucune fonctionnalité chimique particulière dû à l'aspect passif de la molécule d'ADN. Les complexes constitués de métaux de transition ont pour leur part la capacité de donner les structures d'ADN de propriétés utiles telles que la luminescence, l'électrochimie, le magnétisme et la catalyse. Il est ainsi présenté dans cette thèse des méthodes de synthèse à «template» afin d'inclure des complexes de métaux de transition dans des brins d'ADN et l'utilisation de ces complexes dans la fabrication de structures supramoléculaires. frCette thèse est divisée en quatre parties: 1) la synthèse à patron interne de duplexes d'ADN comprenant des complexes métalliques avec groupement biphényle-phenanthroline, ayant une stabilité exceptionnelle, des propriétés luminescentes et électrochimiques, ainsi que l'utilisation de ces duplexes dans la fabrication d'une structure cyclique, dynamique et contrôlable; 2) la fabrication de cages d'ADN métalliques à partir de structures cycliques d'ADN; 3) l'utilisation d'ADN comprenant des groupements terpyridine ou biphényle-phenanthroline afin de coordiner sélectivement des métaux et corriger les modes de coordination non préférentiels; 4) la synthèse à «template» externe d'une jonction d'ADN métallique chirale possédant quatre brins d'ADN distincts et son utilisation dans la fabrication de nanotubes à base de métaux et d'ADN. Nous proposons ainsi dans cette thèse des méthodes simples, générales et efficaces pour incorporer divers complexes métalliques à des endroits précis dans des structures en 1, 2 et 3 dimensions faites d'ADN. f