Des états excités de l'ADN produits par les rayonnements ionisants

Publié par Adrien le 28/05/2020 à 09:00
Source: CEA IRAMIS
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 (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) une collaboration de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Paris-Saclay, impliquant le LIDYL et le NIMBE, associée à la start (STart était un magazine américain traitant de l'informatique et du jeu vidéo, dédié plus particulièrement à l'Atari ST. C'est un spin-off du magazine américain Antic.) 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 (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) des rayonnements avec la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) vivante. La première traite des rayonnements ionisants (rayons X et particules de haute énergie, capables d'ioniser les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) de la matière). La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité...) traite plutôt des effets de lumière, en particulier celle de haute énergie dans le domaine ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.). Il est communément admis que les différences de réponse biologiques à ces deux types de stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des...) 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 (L'effet photoélectrique désigne l'ensemble des phénomènes électriques d'un matériau provoqués par l'action de la lumière. On distingue deux cas : des électrons sont éjectés du matériau (émission photoélectrique), et une...). Les électrons sont ensuite séparés des photons par déviation électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) et l'un ou l'autre faisceau peut être utilisé, en conservant la même géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le...) 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 (La vie est le nom donné :) 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)

Collaboration:
- UMR NIMBE - 3685 CEA-CNRS - Nanosciences et Innovation pour les Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), la Biomédecine et l'Énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).
- LIDYL - Laboratoire Interactions, Dynamiques et Lasers (CEA-CNRS, Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin...) Saclay)
- ISMO - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des Sciences Moléculaires d'Orsay - UMR 8214
- LPGP - Laboratoire de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) des Gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper...) et des Plasmas - Université Paris-Saclay.
- ITeox - Innovation in Technologies "Electronix and "Optix".

Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) a bénéficié du soutien financier du Labex Palm, et du DIM analytics,
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