Projet ANR-12-BS08-0001 – OPHID : Ionisation à un photon de l’ADN: de l’éjection d’électron à la formation des dommages oxydatifs
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Dimitra MARKOVITSI (Centre National de la Recherche Scientifique)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Service de Chimie Inorganique et Biologique; IBB/CNR Instituto Biostrutture e Bioimmagini/Consiglio Nazionale delle Ricerche (Italie)
Montant : 322355.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : La perte d'un électron par l’ADN est l'un des principaux processus à l’origine des altérations du code génétique. Il est bien connu que cette perte peut se produire indirectement par photosensibilisation, faisant intervenir d'autres composants cellulaires. Un électron peut aussi être éjecté suite à l’absorption d’un seul photon UV d’énergie suffisante directement par l’ADN. Ce processus a été largement étudié pour des longueurs d’onde d’excitations inférieures à ~200 nm. Toutefois, des études éparses ont montré l'éjection d’électron par des photons de plus faible énergie, correspondant à la bande absorption de l’ADN centrée autour de 260 nm qui se prolonge jusqu'à 400 nm. Ainsi, les rayonnements UVA et UVB de la lumière solaire auxquels nous sommes soumis, en plus de leur capacité à générer des radicaux libres dans les cellules ou de provoquer des dimérisations des bases pyrimidiques, se comporteraient comme des oxydants directs de l’ADN. Par conséquent, la compréhension d’un tel mécanisme d’action des UVA et UVB sur l'ADN constitue un défi pour la recherche fondamentale, relié à des enjeux de santé publique.
L’objectif d’OPHID est d’étudier les facteurs qui contrôlent l’ionisation mono-photonique de l’ADN et de décrire les mécanismes mis en jeu dans la formation des lésions. Nous utiliserons à la fois une approche expérimentale et théorique mettant en œuvre 1) la spectroscopie d’absorption résolue en temps, 2) l’analyse quantitative des produits finaux par chromatographie et 3) des méthodes de chimie quantique. Nous étudierons des simples et doubles brins. Les guanines ayant le plus faible potentiel d’ionisation parmi les bases, l’étude de structures quadruplexes identifiées dans les télomères, occupera une place centrale dans ce projet. 
Les trois équipes participantes ont acquis une reconnaissance internationale pour leur contribution à la photophysique et la photochimie de l’ADN. Le groupe de D. Markovitsi (équipe 1) a été le premier à démontrer le comportement collectif des bases au sein des hélices et a réalisé une série d’expériences pionnières résolues en temps, de la femtoseconde à la milliseconde. Le groupe de T. Douki (équipe 2) a développé des outils d’analyse performants nécessaires à la caractérisation des lésions de l’ADN. R. Improta (équipe 3, collaborateur international) a réalisé une description de la relaxation des états excités des composants de l’ADN par des méthodes de chimie quantique. L’équipe 1 a une collaboration fructueuse de longue date avec les équipes 2 et 3 sur l’étude de l’ADN.
Notre étude comportera trois étapes. 1) Nous déterminerons les rendements quantiques d’ionisation induite par des rayonnements UVA, UVB et UVC, en détectant l’absorption de l’électron solvaté formé. Ces résultats expérimentaux seront corrélés aux potentiels d’ionisation calculés pour les différentes séquences. 2) Nous analyserons les lésions oxydatives de l’ADN générées et déterminerons le rendement quantique des différents photoproduits en fonction de la longueur d’onde d’irradiation. 3) Connaissant les spectres d’absorption des différents photoproduits finaux, nous chercherons leur contribution dans les spectres d’absorption transitoires d’ADN, ce qui nous permettra de déterminer la dynamique de leur formation. Parallèlement, des calculs de chimie quantique seront réalisés pour obtenir une  description des chemins réactionnels impliqués.
L’ionisation de l’ADN induite par absorption d’un photon de basse énergie peut avoir lieu à partir d’un état électronique excité. Ce type d’ionisation ne génère pas nécessairement la même distribution relative de photoproduits que l’oxydation par voie chimique impliquant l’état fondamental de l’ADN. Bien que de nombreuses études portant sur les dommages oxydatifs de l’ADN et les mécanismes du transport des charges associé, aient déjà été réalisées, les travaux proposés par OPHID seront les premiers capables d’établir une corrélation entre l’éjection de l’électron et la formation des lésions.