ANR DNAexciton

Endommagement de l’ADN par les UV : comprendre les toutes premières étapes

 

DNAexciton_french

 

Les bases de l’ADN sont représentées par de petits personnages : (a) un photon UV est absorbé par plusieurs bases à la fois, (b) les mouvements de la double hélice localisent l’énergie du photon sur certaines bases (c) une réaction photochimique a lieu. 

 

Suivre le devenir de l’énergie du rayonnement UV au sein de l’ADN, depuis son absorption jusqu’aux aux réactions chimiques. Il est bien établi que l'absorption du rayonnement UV par l'ADN peut déclencher des réactions chimiques susceptibles d’altérer le code génétique et provoquer des cancers de la peau. Caractériser cette cascade des phénomènes complexes est un enjeu pour la santé publique. Le projet DNAexciton était focalisé sur les tous premiers instants, entre l’absorption du rayonnement et les réactions chimiques. Son objectif était de comprendre comment l’énergie des UV est redistribuée entre les bases de l’ADN en modifiant leur structure électronique et de rechercher des configurations propices aux réactions chimiques. En particulier, deux types de réactions ont été examinés. Celles-ci conduisent à la fusion deux bases pyrimidines (thymine et/ou cytosine) en une seule entité, donnant lieu à des dimères cyclobutanes (CPDs) et des photoproduits 64 (64PP).

 

Coupler des techniques expérimentales et théoriques de pointe en menant une étude interactive. Nous avons suivi le devenir de l’énergie en détectant des signaux optiques ; grâce à des techniques spectroscopiques laser, nous avons pu sonder la fluorescence et/ou l’absorption des acides nucléiques  à des temps allant de 10-13 à 10-3 secondes après l’absorption des photons UV. Nous avons également quantifié les produits formés suite à des irradiations UV par des méthodes de chimie analytique : chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse. Nous avons enfin rationalisé les phénomènes observés en utilisant plusieurs méthodes de chimie théorique: la chimie quantique, la dynamique moléculaire et la théorie excitonique. C’est la première fois que les réactions de l’ADN induites par absorption de rayonnement rayonnement UV ont été examinées en parallèle avec les questions de l’énergie dans le cadre d’une étude interactive modélisation-expérience.

 

Résultats majeurs. Les travaux du DNAexciton ont clairement mis en évidence le comportement collectif des bases de l’ADN vis-à-vis du rayonnement UV, non seulement pour des systèmes modèles, mais aussi pour l’ADN naturel isolé en solution aqueuse. Un tel comportement est dû à la proximité des briques élémentaires du code génétique  au sein des doubles hélices. Il dépend fortement de leurs mouvements internes qui sont affectés par des facteurs biologiquement pertinents comme, par exemple, la quantité des sels présents dans l’eau environnante. Du fait de cette coopérativité, une fraction très importante de l’énergie du photon absorbé peut se conserver plus longtemps que l’on pensait auparavant. De plus, l’énergie peut être canalisée vers des endroits spécifiques en y renforçant la réactivité des bases. C’est le cas des cytosines méthylées, dont la méthylation est un processus naturel qui joue un rôle clé dans plusieurs fonctions biologiques. 

 

Production scientifique. DNAexciton a déjà donné lieu à 14 articles, dont la majorité implique au moins deux équipes du projet. Certains ont été publiés dans la meilleure revue de chimie (Journal of the American Chemical Society) alors que d’autres ont ciblé la communauté des photobiologistes. Les résultats ont également été présentés dans 12 conférences internationales (dont 11 correspondent à des conférences invitées).

 

Informations factuelles. DNAexciton est un projet de recherche fondamentale coordonné par Dimitra Markovitsi (LFP, CNRS URA 2453, CEA Saclay). Il associe Thierry Douki (LCIB, CEA Grenoble) ainsi que deux équipes étrangères non financées par l’ANR: Irene Burghardt (Goethe-Universität, Frankfurt am Main) et Roberto Improta (CNR, Napoli) Le projet a commencé en mars 2011 et a duré 48 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 488 k€ pour un coût global de l’ordre de 1370k€.

 

Maj : 05/10/2018 (2489)

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