1 brin nouvellement synthétisé et 1 brin de la cellule mère Si erreur de Cassure double brin Pontage intra-brin Formation de cassures simple brin ( CSB)
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Dommages de l'ADN induits par des agents endogènes et exogènes tels que les rayonnements ionisants Cassure simple brin (CSB) Adduit, pontage intrabrin
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Cassure double-brin − Recombinaison homologue − Suture non homologue 10 000 dommages de base et 1 000 cassures simple brin par gray contre
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1 brin nouvellement synthétisé et 1 brin de la cellule mère Si erreur de Cassure double brin Pontage intra-brin Formation de cassures simple brin ( CSB)
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Type de lésion Nombre de lésions/cellule/Gy Cassures simple brin Dommages de bases Liaisons covalentes ADN-protéine 150 Cassures double brin 40
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2) Mécanismes de réparation d'une cassure d'ADN double brin chez S cerevisiae que de cassures d'ADN double brin (CDB) et simple brin (CSB)
Rôle du complexe de cohésion sur la ligature dextrémités d - CORE
11 sept 2019 · Il a été estimé qu'environ 1 de ces lésions simple brin sont converties en cassures double brin, le taux d'apparition de celles-ci étant d'environ
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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 HAdénine
Thymine
Guanine
Cytosine
La molecule G·$G1Base
SucrePhosphate
Cellules eucaryotes: 3x109pairesde bases
(1-2 m/cellule)Arrangement en double hélice
Sucre + Base = nucléoside
Sucre + Base + Phosphate = nucléotide
OctamèreG·OLVPRQHV : 2 (H2A, H2B, H3, H4)
La molecule G·$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) $G1 VXSSRUP GH O·LQIRUPMPLRQ génétiqueTransmission aux cellules filles
La molecule G·$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 biomoléculesTemps (s)
110110210-110-210-3
De la physique à la biologie en passant par la chimieQuels sont leur rendement de formation ?
Quelles sont les conséquences biologiques de ces lésions:Réparation ?
Mutagénèse ?
Létalité cellulaire ?
Les lesions (modifications) radio-induitesde O·$G1Base modifiée
Site abasique
Cassure simple brin
Cassure double brin
Pontage intra-brin
Pontage inter-brin
ADNLésions
RIMutations
Réplication
Réparation de O·$G1 (mécanisme dépend de la lésion)Réparationfidèlede lesions de O·$G1
Réparation par excision de nucléotidesRéparation par excision de baseUn seul brin étant modifié,
pour re-synthétiser la Réparationnon fidèlede lesions de O·$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·$G1 MVSHŃPV PpŃMQLVPLTXHV¾Effet direct
Formation de radicaux cations
-Déprotonation -Hydratation¾Effets indirectes (radiolyse de l'eau)
Lésions produites par HO°
-Addition sur les doubles liaisons -Arrachement d'un atome d'Hydrogenɇ2Ɉhɇ2Ɉ+ɟ-
ɇ2Ɉhɇ2Ɉ*ɇɨɇɈɨ
ɇ2Ɉɇ+Ɉɇɨ
ɇ2Ɉ+Ɉɇ-ɇ2ɈɈɇɨ
ɇ3Ɉ+ɟ-ɇ2Ɉɇɨ
IM UMGLRO\VH GH O·HMX XQ phénomène complexe HO°principalement impliqué dans la formation des lésions Les lésions des bases induites pas les radiations :Aspects mécanistiques.
Oxydation à un
électron
+ déprotonationOxydation à un
électron
+ hydratationArrachement d'H
Addition de HO°sur
les doubles liaisonsEffet directEffet indirect
La nature chimique des modifications produites par les effets direct et indirect est la même, mais les rendement sont différents Les lésions sont aussi produites par le stress oxydatif endogène (via les EROs) Identification des lésions : stratégie expérimentale. Etudes sur les monomers, exposé aux radiations ionisantesNucléosides
Nucléotides, court oligonucléotides
GpYHORSSHPHQP G·XQH PpPORGH GH GpPHŃPLRQ
Hydrolyse du polymère (enzymatique ou chimique)HPLC-Fluorescence, electrochimique
HPLC-MS/MS
Détermination du mécanisme de formation
Irradiations sous différentes conditions
Autres stress oxydatifs
Marquage isotopique (H218O, 18O2)
Isolation et identification des dérivés produits HPLCRMN (1H, 13C, 15N, 1D et 2D)
6SHŃPURPpPULH GH PMVVH "
Exemple: Décomposition de la 2-désoxyguanosine8-oxodGuoFapy-dGuo
Oxazolone
Effet direct
Effet indirect
8-oxodGuo la lésion la plus étudiée
0HVXUpH GMQV O·$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·$G1 GRXNOH NULQ ¾Odžydation de l'ADN (perte d'un Ġlectron)Formation des radicaux cations
Cyt°+, Gua°+, Ade °+, Thy°+
¾Transfert d'Ġlection dans l'ADN
Guapossğde le plus bas potentiel d'odžydation Transfert d'e-de Guaà Thy°+, Ade °+, Cyt°+їFormation préférentielle de Gua+°
¾L'odžydation ă un Ġlectron de l'ADN double brin produit principalement une oxydation de la base guanine.Effets indirects sur le 2-déoxyribose
¾Réactionde HO°avec le désoxyribose
-arrachement d'H en 2',3',4',5'͗Formation de cassures simple brin (CSB)
-arrachement d'H en 1' Dans l'ADN enǀiron 30й de HO°réagit avec le 2- dĠodžyribose et 70 й aǀec les bases de l'ADN1'3'2'
5' 4'8-oxo-dGuo
Formation de lésions plus complexes
Réaction des radicaux avec
8-put-dGuo8-spd-dGuo8-sp-dGuo
Pontages ADN-polyamine
Pontages ADN-protéine
"réparation»Formation de lésions plus complexes
Réaction des radicaux avec
d'autres bases de l'ADNPontage
intra-brinsLésions
Tandem
C OC.Radical
enÛOH
Coupure
Pontage
Inter-brins
Formation de lésions plus complexes
3RQPMJHV VXLPH j O·R[\GMPLRQ GX GpVR[\ULNRVH
proteinesPontage
ADN-protéines
Formation de lésions plus complexes, les CDB
Y additionCassure +
base oxydéeYArrachement
d'H CDB R E P A R A T I O N I·$G1 SHXP rPUH UpSMUp pour éviter les mutationsExemple: La réparation de la 8-oxodGuo
G CC G°Irradiation
A G°Replication
A TReplication
Mutation
GC ї TA
C MutM hOGGPol A MutM hOGG Pol I·$G1 SHXP rPUH UpSMUp pour éviter les mutationsExemple: La réparation de la 8-oxodGuo
G CC G°Irradiation
A G°Replication
A TReplication
Mutation
GC ї TA
C MutM hOGGMutY G° Pol G CReplication
dGTP dGTP° irradiation dGMP°MutT Pol Pour cela il faut une réparation fidèle (sans modification de la séquence) Rendement de formation des lésions (nombre/cell/Gy) -40 cassures double-brins (CDB) -1000 cassures simple-brins (CSB) -200 pontages (avec proteinsou interbrins) -2000 oxydation des bases etdeleurmutagénicité! Pour les radiations ionisantes: importance des CDB et des lésions en cluster (sites multi-lésés)Pourquoi ?
IpVLRQV GH O·$G1 IRUPpHV SMU OHV UMGLMPLRQV LRQLVMQPHV Formation des sites multi-lésés (incluant CDB) ¾Particularité du rayonnement ionisant / stress oxydatif endogèneParticule
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'hĠlice¾Complexité 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 endommagéeLa 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