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xna-nucleic-acid

An interactive laboratory simulator for exploring xenonucleic acids (XNA) -- synthetic genetic polymers that transcend natural DNA and RNA. Users can build and visualize TNA, HNA, FANA, LNA, PNA, and Morpholino molecules, compare their properties with natural nucleic acids, design XNAzymes to target cancer mutations, and explore the timeline of FDA-approved oligonucleotide therapeutics.

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Qu'est-ce que c'est ?

🎯 Conseils du simulateur

📚 Glossaire

Xenonucleic Acid (XNA)
Tout analogue d'acide nucléique synthétique doté d'un squelette non naturel qui conserve la capacité de s'associer à des bases avec de l'ADN, de l'ARN ou d'autres XNA et de stocker des informations génétiques.
TNA
Acide nucléique thréose – XNA basé sur un sucre thréose à quatre carbones. Plus simple que l’ADN/ARN et candidat aux systèmes génétiques prébiotiques.
HNA
Acide nucléique hexitol - XNA basé sur un cycle sucre hexitol à six carbones, formant des hélices en forme de A avec une bonne stabilité des nucléases.
FANA
Acide 2'-fluoro-arabinonucléique - XNA avec un atome de fluor en position 2' du sucre arabinose, excellent pour la catalyse XNAzyme et l'inactivation des gènes.
LNA
Acide nucléique verrouillé - XNA avec un pont méthylène bloquant le ribose en conformation C3'-endo, offrant une affinité de liaison considérablement améliorée (+2 à 8 degrés Celsius par paire de bases).
PNA
Acide nucléique peptidique - XNA avec un squelette peptidique neutre au lieu du sucre-phosphate, complètement résistant aux nucléases et aux protéases.
Morpholino
Un type XNA avec un squelette morpholine et des liaisons phosphorodiamidate, utilisé dans les médicaments de commutation d'épissage approuvés par la FDA pour la dystrophie musculaire de Duchenne.
Nuclease
Une enzyme qui dégrade les acides nucléiques en clivant les liaisons phosphodiester. La résistance du XNA aux nucléases constitue un avantage clé pour les applications thérapeutiques.
Watson-Crick Base Pairing
La liaison hydrogène spécifique entre les bases nucléiques complémentaires (A-T/U et G-C) qui maintient ensemble les deux brins d’une double hélice.
Oligonucleotide Therapeutic
Médicament basé sur de courtes séquences d'acide nucléique synthétique (généralement de 15 à 30 nucléotides) qui module l'expression des gènes par le biais de mécanismes tels que la liaison antisens, ARNi ou aptamère.
Antisense Oligonucleotide (ASO)
Un acide nucléique simple brin qui se lie à l’ARNm complémentaire pour bloquer la traduction ou déclencher la dégradation, faisant ainsi taire des gènes spécifiques.
XNAzyme
Une molécule catalytique de XNA capable de cliver les substrats d'ARN, analogue aux ribozymes naturels mais avec une stabilité améliorée grâce au squelette non naturel.
Aptamer
Molécule d'acide nucléique qui se plie selon une forme 3D spécifique pour se lier à une molécule cible avec une affinité élevée, fonctionnant comme un anticorps. Les aptamères XNA ont une stabilité supérieure.
Polymerase
Enzyme qui synthétise les brins d'acide nucléique à partir d'une matrice. Des polymérases modifiées sont nécessaires pour répliquer le XNA, car les polymérases naturelles ne peuvent pas traiter les squelettes non naturels.
Nuclease Resistance
Capacité d'un acide nucléique à résister à la dégradation par les enzymes nucléases, une propriété essentielle pour les acides nucléiques thérapeutiques qui doivent survivre dans l'organisme.
Splice Switching
Un mécanisme thérapeutique par lequel les oligonucléotides se lient aux sites d'épissage pré-ARNm pour modifier les modèles d'épissage de l'ARNm, rétablissant ainsi la production de protéines fonctionnelles dans les maladies génétiques.
Phosphorothioate
Une modification chimique dans laquelle un oxygène dans le squelette phosphodiester est remplacé par du soufre, conférant une résistance aux nucléases et la modification la plus largement utilisée dans les médicaments oligonucléotidiques antisens.
siRNA
Petit ARN interférent, une classe de molécules d'ARN double brin (20 à 25 nucléotides) qui font taire l'expression des gènes via la voie d'interférence de l'ARN. Patisiran (Onpattro) a été le premier médicament siARN approuvé par la FDA.
Gene Silencing
Processus de réduction ou d'élimination de l'expression d'un gène spécifique, réalisé grâce à des oligonucléotides antisens, des siARN ou des XNAzymes qui ciblent des séquences d'ARNm complémentaires.
Orthogonal Genetic System
Un système génétique synthétique qui fonctionne indépendamment de l’ADN/ARN naturel, utilisant du XNA et des enzymes modifiées. Les systèmes orthogonaux permettent le bioconfinement et de nouvelles fonctions biologiques sans interférer avec la génétique de l'hôte.
SELEX
Evolution systématique des ligands par enrichissement exponentiel, une technique de laboratoire pour faire évoluer des aptamères et des molécules XNA avec des propriétés de liaison ou catalytiques spécifiques à travers des cycles itératifs de sélection et d'amplification.
Nucleotide
L'élément de base des acides nucléiques, constitué d'une base azotée, d'un sucre (ou analogue de sucre dans XNA) et d'un groupe phosphate (ou analogue). Les nucléotides XNA diffèrent des nucléotides naturels par leur composant sucre.
Backbone
La chaîne sucre-phosphate répétitive qui forme la structure structurelle des acides nucléiques. XNA est défini comme ayant un squelette alternatif (non naturel) tout en conservant la capacité d'appariement de bases.
Oligonucleotide
Un polymère d'acide nucléique court, généralement long de 15 à 50 nucléotides, utilisé en thérapeutique, en diagnostic et en recherche. La plupart des médicaments oligonucléotidiques contiennent des modifications chimiques pour plus de stabilité.
RNase H
Une enzyme cellulaire qui dégrade le brin d'ARN d'un duplex ARN-ADN. Les oligonucléotides antisens qui forment des duplex avec l'ARNm cible peuvent recruter la RNase H pour cliver et faire taire le gène cible.
Melting Temperature (Tm)
La température à laquelle 50 % des duplex d’acide nucléique se dissocient en simples brins. Un Tm plus élevé indique une liaison plus forte entre les paires de bases. Les modifications du LNA augmentent la Tm de 2 à 8 degrés Celsius par nucléotide.
Miravirsen
Le premier traitement à base de LNA à entrer dans les essais cliniques, ciblant le microARN-122 pour le traitement de l'hépatite C. Il a démontré la viabilité clinique des modifications verrouillées des acides nucléiques dans la conception de médicaments antisens.
Nusinersen (Spinraza)
Un médicament oligonucléotidique antisens approuvé par la FDA pour l'amyotrophie spinale qui utilise des modifications 2'-O-méthoxyéthyle. Il corrige l’épissage pré-ARNm SMN2 pour produire une protéine SMN fonctionnelle, transformant ainsi les résultats pour les patients.

🏆 Personnages clés

Philipp Holliger (2012)

A dirigé la recherche révolutionnaire au Laboratoire de biologie moléculaire du MRC démontrant que six types différents de XNA peuvent stocker des informations génétiques, être répliquées par des polymérases modifiées et subir une évolution darwinienne, publiée dans Science en 2012.

Albert Eschenmoser (1990s-2000s)

Réalisation d'études systématiques à l'ETH Zurich explorant des squelettes de sucre alternatifs pour les acides nucléiques, y compris la synthèse et la caractérisation du TNA (acide nucléique thréose), fournissant une chimie fondamentale pour le domaine du XNA.

Peter Nielsen (1991)

Invention de l'acide nucléique peptidique (PNA) à l'Université de Copenhague en 1991, créant le premier analogue d'acide nucléique doté d'un squelette entièrement sans sucre et sans phosphate, démontrant que la reconnaissance génétique ne nécessite pas le squelette naturel.

Jesper Wengel (1998)

Développement de l'acide nucléique verrouillé (LNA) à l'Université du Danemark du Sud, créant un nucléotide modifié avec une affinité de liaison considérablement améliorée qui est devenue l'une des modifications les plus largement utilisées dans les thérapies oligonucléotidiques.

Stanley Crooke (1989-present)

A fondé Ionis Pharmaceuticals et a été le pionnier des thérapies oligonucléotidiques antisens, en développant plusieurs médicaments approuvés par la FDA, notamment le nusinersen (Spinraza) pour l'amyotrophie spinale, démontrant le potentiel clinique des acides nucléiques modifiés.

John Chaput (2010s-present)

A avancé le développement des TNA polymérases et démontré l’évolution des aptamères TNA à l’Université de Californie à Irvine, élargissant ainsi l’utilité pratique de l’acide nucléique thréose pour les applications biotechnologiques.

Vitor Pinheiro (2012)

Chercheur clé du laboratoire de Holliger qui a conçu des polymérases capables de synthétiser et de transcrire plusieurs types de XNA, permettant ainsi la démonstration historique de l'hérédité et de l'évolution du XNA.

🎓 Ressources d'apprentissage

💬 Message aux apprenants

{'encouragement': "You are exploring a frontier where chemistry meets biology meets medicine. XNA shows us that life's genetic code is not limited to DNA and RNA -- there are whole new alphabets waiting to be discovered. Your curiosity about these alternative genetic systems puts you at the cutting edge of science.", 'reminder': 'Over 25 FDA-approved drugs already use modified nucleic acid chemistry, treating diseases from spinal muscular atrophy to hereditary blindness. The XNA science you are learning about here is not theoretical -- it is saving lives right now and will save many more in the coming decades.', 'action': 'Start by selecting TNA in the simulator and building a short sequence. Compare its properties with natural DNA. Then explore FANA and try the XNAzyme lab to see how artificial enzymes can target cancer mutations. Each XNA type has unique strengths -- discover what makes each one special.', 'dream': 'We dream of a world where XNA-based medicines are affordable and accessible to patients everywhere, where genetic diseases that devastate communities in the developing world are treated with precision therapies, and where every student can explore the molecular diversity of life.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the future of medicine is written in alternative genetic codes, and that understanding these codes should be a right, not a privilege. Through free, interactive simulators in 206 languages, we are bringing the XNA revolution to every learner on the planet.'}

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