Des états excités de l’ADN produits par les rayonnements ionisants.

Les études sur l'influence de rayonnements de toutes natures sur la matière biologique ont des enjeux à la fois pour la protection de la santé et pour les moyens thérapeutiques qu'elles peuvent offrir. Radiobiologie (effets de particules ionisantes) et photobiologie (effets de la lumière) contribuent chacun dans leur domaine.

Par une expérience originale combinant faisceaux d'électrons et de lumière une collaboration de l'Université Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start up ITeox, montre que les effets des deux types de faisceau présente des similarités, en particulier dans la formation d’états excités de l'ADN, et des différences dans la nature des états excités formés qu'il faudra explorer.

La radiobiologie et la photobiologie étudient toutes deux l'interaction des rayonnements avec la matière vivante. La première traite des rayonnements ionisants (rayons X et particules de haute énergie, capables d'ioniser les atomes de la matière). La seconde traite plutôt des effets de lumière, en particulier celle de haute énergie dans le domaine ultraviolet. Il est communément admis que les différences de réponse biologiques à ces deux types de stress trouvent leurs sources dans les processus physicochimiques qui suivent immédiatement l’exposition aux rayonnements : les rayonnements ionisants produisent des radicaux libres, qui peuvent provoquer des dommages à l’ADN, tandis que la lumière ultraviolette crée en plus des états électroniques excités dans l’ADN, qui évoluent vers la formation de photoproduits spécifiques.

C'est par le développement spécifique d'un canon électronique qu'une collaboration entre le LIDYL, le NIMBE, l’ISMO, le LPGP et la start up ITeox, a pu conduire une expérience originale, combinant dans un même instrument des impulsions courtes et synchrones d’électrons et de lumière UV-C. L'impulsion d'électrons est de durée picosecondes et comprend typiquement une centaine d'électrons d'énergie de l'ordre de 4 keV. L'impulsion de lumière à 266 nm, dans la gamme de l'ultraviolet, dure une centaine de femtosecondes (~ 10^-13 s, avec une intensité de 70 fJ).

Structure de l’instrument « Lubiol » construit pour l’étude comparative des effets sur l’ADN de photons UV et d'électrons accélérés (4 keV). La photocathode permet de convertir une partie des photons UV en électrons par effet photoélectrique. Les électrons sont ensuite séparés des photons par déviation électrostatique et l’un ou l’autre faisceau peut être utilisé, en conservant la même géométrie de détection.

Par cette méthode on montre que les rayonnements ionisants forment autant d’états excités de l'ADN que les rayonnements UV. Les deux stress présentent donc plus de similarités qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Cependant, les états produits par les électrons accélérés sont de plus basse énergie et de plus courte durée de vie que ceux produits par les UV. La nature bien distincte de ces états excités et leurs impacts biologiques restent donc à étudier.

Référence

Time-resolved cathodoluminescence of DNA triggered by picosecond electron bunches
J.-P. Renault, B. Lucas, T. Gustavsson, A. Huetz, T. Oksenhendler, E.-M. Staicu-Casagrande et M. Géléoc, Scientific Reports 10 (2020) 5071

Contact CEA : Jean-Philippe Renault (NIMBE/LIONS) et Marie Géléoc (LIDYL/SBM)

Voir le communiqué de l'Université Paris-Saclay (portail Scoop it « Life Sciences UPSaclay »).

Collaboration :

Ce projet a bénéficié du soutien financier du Labex Palm, et du DIM analytics,