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Univ. Paris-Saclay

Projets 2015

05 janvier 2015
Nano-composants électroluminescents à base de molécules uniques

Projet ANR Blanc - Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Nanosciences


Janvier 2015 - Juin 2018

Nano-composants électroluminescents à base de molécules uniques

Partenaires :

  • Institut de Physique et de Chimie des Matériaux de Strasbourg (Guillaume Schull, coordinateur)
  • Institut Parisien de Chimie Moléculaire, UPMC, Paris (Fabrice Mathevet)
  • Laboratoire de nanophotonique, CEA / Saclay (Fabrice Charra)
  • Groupe Modélisation et Théorie, CEA / Saclay (Yannick Dappe)

 

  • Proposition de post-doctorat dans le cadre de ce projet: voir l'annonce.

27 mai 2015

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

 

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€.

27 mai 2015
Oxydation de l’ADN par absorption de rayonnement UV de basse énergie

Ionisation à un photon de l’ADN: de l’éjection d’électron à la formation des dommages oxydatifs – OPHID

 

Les personnages représentent les bases de l’ADN et leurs chapeaux les électrons qui peuvent être potentiellement éjectés. Une base perd son chapeau sous l’effet du rayonnement UV et se transforme alors en radical. L’appariement des bases rallonge la durée de vie de radicaux. 

 

Pouvoir oxydatif du rayonnement UV : hautes et basses énergies. Lorsque l’ADN perd un électron, il subit une série de transformations susceptibles de modifier le code génétique. La perte d’un électron peut être déclenchée par des réactions chimiques impliquant d’autres molécules présentes dans la cellule ou par des rayonnements ionisants. Il est également possible que l’absorption d’un photon UV directement par l’ADN conduise à l’éjection d’un électron, pourvue que son énergie soit suffisamment élevée (longueurs d’onde inférieures à 200 nm). L’objectif d’OPHID était d’examiner si le rayonnement UV de plus basse énergie (longueurs d’onde supérieures à 260 nm) provoque le même effet et d’en déterminer la probabilité. La compréhension de ce phénomène est cruciale pour la conception de protections solaires efficaces.

 

Quantifier les électrons éjectés par l’ADN et suivre l’évolution des radicaux formés. En travaillant avec différents types d’ADN en solution aqueuse, nous avons caractérisés les espèces chimiques primaires à l’origine des dommages oxydatifs : les électrons qui sont éjectés après absorption UV ainsi que les radicaux des bases qui en résultent. Ces espèces n’étant pas stables, nous les avons étudiées en enregistrant leur spectre UV-visible après excitation avec des impulsions laser aux échelles nanoseconde à milliseconde. Nous avons interprété nos résultats à l’aide des calculs de chimie quantique. Par ailleurs, nous avons recherché par des méthodes de chimie analytique des marqueurs attestant l’oxydation de l’ADN.

 

Résultats majeurs. Nos travaux ont clairement mis en évidence que l’absorption d’un photon UV de basse énergie directement par l’ADN est bien capable de générer des radicaux des bases. La probabilité que cela se produise est de l’ordre de 10-3. Cette probabilité est comparable à celle qui correspond à la formation d’autres lésions bien connues de l’ADN produites par un rayonnement UV de même énergie. Les radicaux des bases survivent plusieurs millisecondes et leur durée de vie augmente lorsque les bases sont appariées. Les marqueurs d’oxydation ont été détectés suite à irradiation d’ADN génomique avec du rayonnement UVC ou  UVB.

 

Production scientifique. OPHID a déjà donné lieu à 17 articles. Les résultats ont également été présentés dans 12 conférences internationales (dont 10 correspondent à des conférences invitées). Bien que l’approche suivie dans le projet soit celle de la chimie physique, les résultats ont été également diffusés aux photobiologistes à travers des journaux et des conférences spécifiques à cette communauté scientifique.

 

Informations factuelles. OPHID a été un projet de recherche fondamentale coordonné par Dimitra Markovitsi (LIDYL, CNRS, CEA, Université Paris Saclay) avec comme partenaires Thierry Douki (LCIB, CEA Grenoble) et Roberto Improta (IBB, CNR, Napoli). Le projet a commencé en février 2012 et a duré 45 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 322 k€, attribuée uniquement aux équipes françaises, pour un coût global de l’ordre de 1480 k€.

01 décembre 2015

The ANR labcom project LETRIP (Laboratoire d’Etude des Traitements et Revêtements Innovants pour le Patrimoine) is a joint laboratory between the NIMBE/LAPA (CEA/CNRS, Université Paris Saclay, UMR3685) and the A-CORROS company. It started in 2015 and is founded by the ANR (Agence Nationale de la Recherche) for three years. Its mission is the treatment and protection of the metallic cultural heritage. The objectives of this association between a public research laboratory and a private company is to facilitate the development of joint research programs to producs methods applicable to innovative industrial advances.

The labcom LETRIP missions relay on two main axes. The first one aims to develop dechlorination treatments for archaeological metallic artefacts. Indeed chlorine species can be reactive when artefacts are excavated. Protecting the objects necessitate to remove them from the corrosion layers before they are endangered by this phenomenon. A-CORROS started a new process based on the immersion on alakaline conditions at high temperature and pressure in subcritical conditions. The optimisation of the protocoles depends on the metal (iron, copper, etc… based artefacts) and on the archaeological origin. The nature of the physico-chemical transformations needs to be qualified thanks to a devoted analytical methodology based on multiscale analyses developed specifically by the NIMBE/LAPA. The second axis concerns the protection of metallic cultural heritage sculptures exposed on site indoor or outdoor. Organic compounds are applied on the surface of the corrosion layers already formed to render it hydrophobic. Different commercial products are currently used by curators depending on the metal (wax, BTA, carboxylate etc…) but the protection mechanisms, and particularly the physico-chemical interaction of these products with the corrosion layers are not known. The objective of the labcom is to study the chemical processes involved in these process with the help of a tailored multi-scale ethodology and to propose performant compounds that can last several years to limit the curation operations.

 

 

 

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