Les irradiations aux rayons ultra-violets A (UVA) sont connues pour être à l'origine de cancers de la peau. En considérant une molécule d'ADN modèle, les chercheurs du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA-IRAMIS, à Saclay) en collaboration avec un laboratoire du CEA-INAC, à Grenoble, ont exploré la façon dont les UVA agissent directement sur cette molécule complexe. Il est montré que l’interaction entre UVA et l'ADN modèle étudié résulte d’un comportement collectif des bases de la double hélice d’ADN. Mécanisme qui peut conduire à des lésions chimiques, pouvant être une cause de mutations cancérigènes.
Les rayons ultra-violets A (UVA[1]) représentent plus de 95% du rayonnement UV solaire qui atteint la surface de la Terre. Ces UVA sont aujourd’hui connus pour engendrer des cancers de la peau dus à des mutations cancérigènes provoquées par des altérations chimiques des bases de l’ADN (adénine, thymine, guanine, cytosine). La modification chimique la plus importante correspond à la dimérisation des thymines : deux thymines proches l’une de l’autre sur l’ADN s’associent pour former une nouvelle entité, appelée « dimère de cyclobutane ».
Une équipe CNRS du Laboratoire Francis Perrin (CNRS/CEA), en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques du CEA, s’est intéressée aux toutes premières étapes de la formation de telles lésions chimiques. Ils publient la toute première étude spectroscopique sur les effets physico chimique (amont aux effets biologiques) d’un rayonnement UVA sur de l’ADN modèle. Les physico-chimistes ont examiné le comportement d’une double hélice d’ADN synthétique (formée uniquement de paires adénine-thymine) vis-à-vis des photons UVA. Ils ont ensuite comparé son comportement avec celui des deux simples brins complémentaires (constitués uniquement de thymines ou uniquement d’adénines).
[1] La gamme des rayons UV est subdivisée en UVA (photons dont les longueurs d’onde sont comprises entre 400 et 315 nm (nanomètres ou milliardième de mètres)), UVB (315-280 nm) et UVC (280-100 nm). Si une partie des UVB solaires sont filtrés par l’atmosphère, les UVC solaires sont eux complètement filtrés par la couche d'ozone de l’atmosphère et n’atteignent donc pas théoriquement la surface de la Terre.
Résultat : la capacité de l’ADN à absorber des photons UVA résulte d’un comportement collectif de ses bases. Étudiées individuellement, les bases de l’ADN (dont la thymine), sont « transparentes » aux UVA. Mais dans cette étude, les scientifiques ont montré que l’absorption des rayons UVA augmente sensiblement suite à l’appariement des deux simples brins pour former une double hélice. De plus, la probabilité qu’un photon UVA absorbé conduise à la formation des cyclobutanes est au moins dix fois plus élevée dans le cas d’un double brin que pour un simple brin. Ces différences s’expliqueraient par des changements de la structure électronique des bases induits par les photons UVA. Suite à l’absorption d’un photon, la nouvelle configuration électronique adoptée par l’ADN, appelée état excité, persiste plus longtemps pour un double brin que pour les simples brins complémentaires (voir figure ci-dessous). Les thymines ont alors plus de temps à leur disposition pour subir des altérations définitives.
Reste désormais à étendre ces études expérimentales à des séquences d’ADN plus complexes, plus proches de l’ADN naturel. Les enjeux en termes de santé publique sont majeurs d’autant que la quantité d’UVA qui nous parvient est très importante comparée aux rayons UVB (représentant moins de 5% des rayons ultraviolets atteignant la surface de la Terre) et que ces mêmes UVA sont encore largement utilisés dans les centres de bronzage.
Référence :
« Base Pairing Enhances Fluorescence and Favors Cyclobutane Dimer Formation Induced upon Absorption of UVA Radiation by DNA »,
A. Banyasz, I. Vaya, P. Changenet-Barret, T. Gustavsson, T. Douki et D. Markovitsi
J. Am. Chem. Soc. 133 (14) (2011) 5163.
Communiqué de presse CEA-CNRS : « Lumière sur l’interaction entre les rayons UVA et l’ADN« .
Voir aussi :
« Ultrafast excited-state deactivation and energy transfer in guanine−cytosine DNA double helices
F.-A. Miannay, Á. Bányász, T. Gustavsson, and D. Markovitsi
J. Am. Chem. Soc., 129(47) (2007) 14574.