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Dommages induits par les radiations ionisantes dans les acides nucléiques et les protéines

publié le , mis à jour le

DESCRIPTIF DU TRAVAIL DE RECHERCHE

Nos études portent principalement sur les effets, au niveau moléculaire, des rayonnements ionisants (rayons gamma et neutrons rapides) sur l’ADN, les protéines, les complexes ADN-protéine et plus généralement, les complexes ADN-ligand.
Ces effets intéressent la radiothérapie des cancers, la radioprotection de travailleurs du nucléaire et du personnel de service de radiothérapie, et peuvent servir de modèle de stress oxydant, qui concerne le vieillissement et différentes maladies.

L’attaque radiolytique de l’ADN par des radicaux libres produits par la radiolyse de l’eau (composantes majoritaire de tissus) conduit à des coupures de chaînes et à des modifications des bases. La distribution des lésions au long de la molécule est modulée par :
- la structure locale de l’ADN (elle-même dépendante de la séquence en bases et du contenu cellulaire en ions métalliques),
- la présence ou l’absence de ligands spécifiques à une séquence (protéines, polyamines, métabolites ultimes des médicaments).
Par exemple, nous avons pu démontrer que la probabilité de formation d’une lésion à un site nucléotidique précis n’est pas la même selon que l’ADN adopte la forme B ou Z.
Les ligands spécifiques protègent efficacement leur site de fixation sur l’ADN contre l’attaque des radicaux. Les ligands non-spécifiques peuvent protéger toute la molécule en captant les radicaux (avant que ceux-ci ne puissent atteindre l’ADN) ou en compactant la molécule d’ADN et en la rendant moins vulnérable (car moins accessible à l’attaque).
Les résultats expérimentaux qui ont mis en évidence cette modulation ont été confrontés à des résultats de simulation numérique. L’attaque par les radicaux oxydants a été simulée par une méthode de Monte Carlo originale (modèle RADACK), qui prend en compte à la fois l’accessibilité (déterminé par la structure de l’ADN) et la réactivité (sensibilité chimique) des sites d’attaque.
La bonne concordance entre l’expérience et le calcul valide le model RADACK comme outil de prédiction de la localisation de sites radio-lésés dans l’ADN libre ou appartenant à des complexes de structure connue ADN-ligand.

Les complexes ADN-protéine dans lesquels l’ADN et la protéine se protègent mutuellement, peuvent, au-delà de certaines doses de radiations, être déstabilisés, voire défaits.
Cela est dû essentiellement à la dégradation de la protéine (oxydation des acides aminés, coupures de chaîne peptidique). Une protéine lésée perd sa capacité de fixation à l’ADN et ne peut plus assurer son rôle de « protectrice » de son site de fixation.
Nous étudions actuellement les lésions des protéines de plusieurs complexes ADN-protéines d’intérêt fonctionnel (régulation de l’expression de gènes, réparation et structuration de l’ADN). Nous voulons étudier leurs mécanismes de formation, identifier et caractériser ces lésionset mettre en évidence leurs conséquences structurales.

Franchet-Beuzit, J ; Spotheim-Maurizot, M ; Sabattier, R ; Blazy-Baudras, B ; Charlier, M
Radiolytic footprinting. Beta rays, gamma photons and fast neutrons probe DNA-protein interactions. Biochemistry (1993) 32 2104-2110

Sy, D ; Savoye, C ; Begusova, M ; Michalik, V ; Charlier, M ; Spotheim-Maurizot, M
Sequence-dependent variations of DNA structure modulate radiation-induced strand breakage. Int. J.Radiat. Biol. (1997) 72 147-155

Eon, S ; Culard, F ; Sy, D ; Charlier, M ; Spotheim-Maurizot, M
Radiation disrupts protein-DNA complexes through damage to the protein. The lac repressor-operator system. Radiat. Res. (2001) 156 110-117

Gillard, N ; Begusova, M ; Castaing, B ; Spotheim-Maurizot, M
Radiation affects binding of Fpg repair protein to an abasic site containing DNA. Radiat. Res. (2004) 162 566-571

Gillard, N ; Goffinont, S ; Bure, C ; Davidkova, M ; Maurizot, JC ; Cadene, M ; Spotheim-Maurizot, M
Radiation-induced oxidative damage to the DNA-binding domain of the lactose repressor. Biochem. J. (2007) 403 463-472

ILLUSTRATION : ATTAQUE DE L’ADN PAR LE RADICAL .OH

A gauche, représentation classique de l’ADN, où tous les atomes sont
des sphères de van der Waals.
A droite, les rayons des atomes sont proportionnels à leur réactivité
vis-à-vis du radical .OH. Certains atomes sont masqués.
D’autres, beaucoup plus apparents, seront les sites d’attaque
privilégiés.
Ce modèle permet d’expliquer la modulation de l’attaque par la
structure locale de l’ADN, et par la présence de ligands.


SPOTHEIM-MAURIZOT Mélanie Chargé de Recherche INSERM, Responsable de l’équipe

GOFFINONT Stéphane Ingénieur d’études CNRS @


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