[PDF] Présentation PowerPoint Les lesions (modifications) radio-induites

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Interaction rayonnement et ADN

Ouverture sur la radiothérapie

Jean-Luc RAVANAT

DRF/Inac/SyMMES/CIBEST

OOP O OH O N N N N NH2 O OOP O OH O N N O O OOP O OH O N N N NH O NH2 OOP O OH O N N O NH2 H

Adénine

Thymine

Guanine

Cytosine

La molecule G·$G1Base

Sucre

Phosphate

Cellules eucaryotes: 3x109pairesde bases

(1-2 m/cellule)

Arrangement en double hélice

Sucre + Base = nucléoside

Sucre + Base + Phosphate = nucléotide

OctamèreG·OLVPRQHV : 2 (H2A, H2B, H3, H4)

La molecule G·$G1

La molecule G·$G1: Fonctionsbiologiques

La réplication (duplication)

-les 2 cellules filles ont le même code génétique (idem cellule mère) -1 brin nouvellement synthétisé et 1 brin de la cellule mère mutation(changement du code génétique) $G1 VXSSRUP GH O·LQIRUPMPLRQ génétique

Transmission aux cellules filles

La molecule G·$G1: Fonctionsbiologiques

Synthèse des protéines

1 Transcription

ADN -> ARNm

Dans ARN bases A,G,U et C et Ribose

2 Traduction

ARNm -> protéines (20 acides aminés)

Les radiations électromagnétiques

I·$G1 HVP-il une cible importante du rayonnement ionisant?

La dose nécessaire pour tuer une cellule est environ 100 fois plus élevée si elle est déposée

GMQV OH Ń\PRSOMVPH TXH TXMQG HOOH HVP GpOLYUpH GMQV OH QR\MX ŃRQPHQMQP OM PROpŃXOH G·$G1"

Effet du rayonnement sur les êtres vivants:

La radiobiologie

PhysiqueChimieBiologie

Interaction

Rayonnement matière

Formation des

radicaux (EROs)

Piégeage des radicaux

Formation des lésions

Conséquences des

modifications des biomolécules

Temps (s)

110110210-110-210-3

De la physique à la biologie en passant par la chimie

Quels sont leur rendement de formation ?

Quelles sont les conséquences biologiques de ces lésions:

Réparation ?

Mutagénèse ?

Létalité cellulaire ?

Les lesions (modifications) radio-induitesde O·$G1

Base modifiée

Site abasique

Cassure simple brin

Cassure double brin

Pontage intra-brin

Pontage inter-brin

ADNLésions

RI

Mutations

Réplication

Réparation de O·$G1 (mécanisme dépend de la lésion)

Réparationfidèlede lesions de O·$G1

Réparation par excision de nucléotidesRéparation par excision de base

Un seul brin étant modifié,

pour re-synthétiser la Réparationnon fidèlede lesions de O·$G1(CDB) O HH e-aq, H°,HO°

Effets Indirects

5MGLRO\VH GH O·HMX

Particule

e-

Effet direct:

Ionisation

Effets directs et indirects du rayonnement ionisant quasi-direct» Lésions radio-LQGXLPHV GH O·$G1 MVSHŃPV PpŃMQLVPLTXHV

¾Effet direct

Formation de radicaux cations

-Déprotonation -Hydratation

¾Effets indirectes (radiolyse de l'eau)

Lésions produites par HO°

-Addition sur les doubles liaisons -Arrachement d'un atome d'Hydrogen

ɇ2Ɉhɇ2Ɉ+ɟ-

ɇ2Ɉhɇ2Ɉ*ɇɨɇɈɨ

ɇ2Ɉɇ+Ɉɇɨ

ɇ2Ɉ+Ɉɇ-ɇ2ɈɈɇɨ

ɇ3Ɉ+ɟ-ɇ2Ɉɇɨ

IM UMGLRO\VH GH O·HMX XQ phénomène complexe HO°principalement impliqué dans la formation des lésions Les lésions des bases induites pas les radiations :

Aspects mécanistiques.

Oxydation à un

électron

+ déprotonation

Oxydation à un

électron

+ hydratation

Arrachement d'H

Addition de HO°sur

les doubles liaisons

Effet directEffet indirect

La nature chimique des modifications produites par les effets direct et indirect est la même, mais les rendement sont différents Les lésions sont aussi produites par le stress oxydatif endogène (via les EROs) Identification des lésions : stratégie expérimentale. Etudes sur les monomers, exposé aux radiations ionisantes

Nucléosides

Nucléotides, court oligonucléotides

GpYHORSSHPHQP G·XQH PpPORGH GH GpPHŃPLRQ

Hydrolyse du polymère (enzymatique ou chimique)

HPLC-Fluorescence, electrochimique

HPLC-MS/MS

Détermination du mécanisme de formation

Irradiations sous différentes conditions

Autres stress oxydatifs

Marquage isotopique (H218O, 18O2)

Isolation et identification des dérivés produits HPLC

RMN (1H, 13C, 15N, 1D et 2D)

6SHŃPURPpPULH GH PMVVH "

Exemple: Décomposition de la 2-désoxyguanosine

8-oxodGuoFapy-dGuo

Oxazolone

Effet direct

Effet indirect

8-oxodGuo la lésion la plus étudiée

0HVXUpH GMQV O·$G1 HQ 1E84

Decompositionde la thymidine (nucléoside)

Déprotonation

Hydratation

Effet direct

30%
70%

Effet indirect

ArrachementG·+

Addition

5% 95%

Decompositionde la thymidine (nucléoside)

Aujourd'hui il y a enǀiron 80 modifications de l'ADN radio-induites identifiées ! (IIHP GLUHŃP GMQV O·$G1 GRXNOH NULQ ¾Odžydation de l'ADN (perte d'un Ġlectron)

Formation des radicaux cations

Cyt°+, Gua°+, Ade °+, Thy°+

¾Transfert d'Ġlection dans l'ADN

Guapossğde le plus bas potentiel d'odžydation Transfert d'e-de Guaà Thy°+, Ade °+, Cyt°+

їFormation préférentielle de Gua+°

¾L'odžydation ă un Ġlectron de l'ADN double brin produit principalement une oxydation de la base guanine.

Effets indirects sur le 2-déoxyribose

¾Réactionde HO°avec le désoxyribose

-arrachement d'H en 2',3',4',5'͗

Formation de cassures simple brin (CSB)

-arrachement d'H en 1' Dans l'ADN enǀiron 30й de HO°réagit avec le 2- dĠodžyribose et 70 й aǀec les bases de l'ADN

1'3'2'

5' 4'

8-oxo-dGuo

Formation de lésions plus complexes

Réaction des radicaux avec

8-put-dGuo8-spd-dGuo8-sp-dGuo

Pontages ADN-polyamine

Pontages ADN-protéine

"réparation»

Formation de lésions plus complexes

Réaction des radicaux avec

d'autres bases de l'ADN

Pontage

intra-brins

Lésions

Tandem

C OC.

Radical

en

ÛOH

Coupure

Pontage

Inter-brins

Formation de lésions plus complexes

3RQPMJHV VXLPH j O·R[\GMPLRQ GX GpVR[\ULNRVH

proteines

Pontage

ADN-protéines

Formation de lésions plus complexes, les CDB

Y addition

Cassure +

base oxydée

YArrachement

d'H CDB R E P A R A T I O N I·$G1 SHXP rPUH UpSMUp pour éviter les mutations

Exemple: La réparation de la 8-oxodGuo

G CC G°

Irradiation

A G°

Replication

A T

Replication

Mutation

GC ї TA

C MutM hOGGPol A MutM hOGG Pol I·$G1 SHXP rPUH UpSMUp pour éviter les mutations

Exemple: La réparation de la 8-oxodGuo

G CC G°

Irradiation

A G°

Replication

A T

Replication

Mutation

GC ї TA

C MutM hOGGMutY G° Pol G C

Replication

dGTP dGTP° irradiation dGMP°MutT Pol Pour cela il faut une réparation fidèle (sans modification de la séquence) Rendement de formation des lésions (nombre/cell/Gy) -40 cassures double-brins (CDB) -1000 cassures simple-brins (CSB) -200 pontages (avec proteinsou interbrins) -2000 oxydation des bases etdeleurmutagénicité! Pour les radiations ionisantes: importance des CDB et des lésions en cluster (sites multi-lésés)

Pourquoi ?

IpVLRQV GH O·$G1 IRUPpHV SMU OHV UMGLMPLRQV LRQLVMQPHV Formation des sites multi-lésés (incluant CDB) ¾Particularité du rayonnement ionisant / stress oxydatif endogène

Particule

Multiples ionisations

Lesionssimples

(formation aléatoire)

Sites multi-lésés

(dont CDB) Les lésions produites par les radiations ionisantes ne sont pas chimiquement différentes de celles produites par le stress oxydatif endogène (EROs) Mais leur distribution dans l'ADN est diffĠrente ͊

EROsendogènes

Les sites multi-lésés

¾Plusieurs dommages de l'ADN dans 1 ă 2 tour d'hĠlice

¾Complexité chimique de ces dommages

9CDB : combinaison de deux CSB

9avec différentes natures chimiques des CSB

9Hétérogénéitédes sites multi-lésés

-CSB + base endommagée -CSB + site abasique -site abasique + base endommagée -deux sites abasiques -deux bases endommagées -CSB + site abasique + base endommagée

La compledžitĠ augmente aǀec la densitĠ d'ionisation (transfert linĠaire d'Ġnergie TEL)

TEL: énergie transférée par une particule ionisante traversant la matière, par unité de distance

Particule de bas TEL (X, )

Augmentation

de la densité des dommages

Les sites multi-lésés

La complexité des lésions augmente avec le TEL Plus les dommages sont complexes et moins la cellule arrive à les réparer fidèlement. Les rayonnement de haut TEL sont plus nocifs pour les cellules. 32

Efficacité biologique relative (EBR)

rayonnements Comparaison par rapport à un rayonnement standard

Standard : 250 kV X rays; 60Co rays

Par exemple:

LD50pour 250 kVpx-rays = 6 Gy

LD50pour des neutrons de 2 MeV = 3 Gy

Donc, L'EBR pour des neutrons de 2 MeV est de 2

IM UpSRQVH ŃHOOXOMLUH MX[ GRPPMJHV GH O·$G1

5{OH SURPHŃPHXU SRXU OLPLPHU O·LQVPMNLOLPp JpQpPLTXH VRXUŃH GH PXPMPLRQ HP ŃMQŃHU

(p53, Chk1, Chk2,

Protéine

kinase composants du cycle cellulaire, facteurs de transcription, protéines de la réparation

Apoptose

arrèt de cycle réparation de l'ADN $75 $70"

Apoptose

Arrêt cycle

cellulaire

Réparation de

Protéines du cycle cellulaire,

facteurs de transcription, histone H2AX, protéines de réparation kinases

Radiations ionisantes

CSB, CDB, Bases

PRGLILpHV "B

(mort cellulaire programmée)

Transcription

Remodelage de la chromatine

Phosphorylation

En réponse à la formation de CDB, la chromatine (histone H2A autour de la lésion est abondamment phosphorylée par la kinase ATM. Il est possible de détecter cette phosphorylation MQPLŃRUSV TXHOTXHV VHŃRQGHV MSUqV O·LUUMGLMPLRQ

La détection de

foci H2AX foci permet de détecter les CDB dans les cellules. Exemple de réponse aux dommages : formation de foci-H2AX Le nombre de foci-H2AX correspond au nombre de CDB

Visualisation par immunofluorescence

1 focus # 1 CDB

Environ 40 CDB par cellule par Gy

-H2AX foci

Dose (Gy)

La visualisation des focipermet de suivre la formation et réparation des OpVLRQV GH O·$G1 GLUHŃPHPHQP GMQV OHV ŃHOOXOHV Merci à B Jakob, G Taucher-Schloz, GSI, Allemagne Formation et réparation de CDB (foci-H2AX)dans des cellules irradiées avec des ions lourds

Traces des ions

Effets des radiations sur la cellules : survie cellulaire Dose létale 50 (DL50) dose pour laquelle 50 % des cellules sont mortes Les cellules n'ont pas toutes la mġme sensibilitĠ audž radiations

Fraction survivante

1,0 0,1 0,01 0,001

Dose (Gy)

204681012

IHV ŃHOOXOHV TXL UpSMUHQP PMO OHV GRPPMJHV GH O·$G1 VRQP SOXV sensibles aux radiations

Wild type : cellules normalesnon mutées

Autres, cellules mutéespour un gene de signalisation/reparation de O·$G1. Lésions produites par une irradiation / stress endogène radioinduitsendogenes

Dommage par Gypar cellule

par cellule par jour

CSB100010000 -55000

Bases modifiées20003200

Sites Abasiques25012600

CDB40 *8

Pontages ADN-protéine 150 *Très peu

Lésions en clusters130 *Très peu

CSB

Base modifiée

Site abasique

Pontage

quotesdbs_dbs43.pdfusesText_43

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