Généralités sur la structure d’ADN

Introduction

La radiobiologie est l’étude de l’action des rayonnements ionisants sur la matière vivante, couvrant tous les aspects physiques, chimiques, moléculaires, cellulaires, tissulaires et même réglementaires de la réponse au rayonnement, cette filière a connu un essor important à partir des années cinquante. En particulier, nous intéressons dans cette étude par l’échelle nanométrique de la matière biologique, représenté par la structure bi-caténaire de l’acide désoxyribonucléique, appelée ADN qui a été découverte en 1954 par Watson et Crick. Cette découverte a mis en lumière les propriétés de réplication a conduit à considérer cette molécule comme étant la cible moléculaire des effets mutagènes et cancérogènes des rayonnements ionisants. En effet, La constitution physicochimique de l’ADN ne garantit pas sa stabilité tout au long de la vie cellulaire. Sachant que dans l’échelle nanométrique de la matière biologique, l’effet d’ionisation repose sur l’interaction avec les molécules de l’eau (70% du corps humains) et les molécules de l’ADN. Donc, cet appareil génétique subit des milliers d’altérations par cellules et par jour. Toute altération constitue un dommage à l’ADN et peut prendre des formes multiples dont les plus connues sont : les modifications chimiques de bases d’ADN, les cassures de liaisons phosphodiesters et les pontages. Nous intéressons dans notre étude par l’ADN-plasmidique qui est une molécule d’ADN présente dans la cellule bactérienne, capable de réplication autonome. L’ADN plasmidique est beaucoup utilisé en études radiobiologiques. Dans le chapitre présent, on va prendre en détaille toutes informations sur l’ADN plasmidique aux limites de notre étude. En résumé, le chapitre 2 donne un aperçu des effets biologiques du rayonnement ionisant sur l’ADN, discute les facteurs qui affectent la radiosensibilité aux niveaux d’ADN et termine avec une brève description de l’ADN plasmidique. 

L’ADN, définition et structure

Dans une cellule humaine, l’ADN ou l’acide désoxyribonucléique est un fil long et étroit de 1,5 m de longueur et 2 nm de diamètre embaqué dans le noyau [29]. C’est le support de patrimoine génétique de tous les êtres vivants et contient des instructions pour le développement, la croissance et la reproduction des cellules vivantes, il permet aussi la transmission des informations génétique de cellule en cellule et de génération en génération. La molécule d’ADN en 3D est un assemblage de deux hélices (brins) entourés l’un autour de l’autre, chaque hélice contient une suite de nucléotides composés d’ un groupe de phosphate (acide phosphorique) lié par une liaison phosphodiester à un sucre à cinq carbones appelé molécule de désoxyribose C H O 5 10 4 , lui-même lié à une base azotée, le nucléotide est comme l’unité de construction de l’ADN

Effets des rayonnements ionisants sur l’ADN

Lors de l’interaction des rayonnements ionisants avec l’ADN, nombreux dommages peuvent être produits suivant deux mécanismes :  Effet directe : On parle d’ionisation directe lorsque l’interaction entre le rayonnement incident et la molécule cible se produit sans étape intermédiaire. Cette interaction introduit une chaine d’évènements conduisant aux effets biologiques [31].  Effet indirecte : les photons incidents dans le tissu biologique peuvent être absorbés dans l’eau cellulaire de l’organisme en produisant des électrons secondaires, des ions ou des espèces radicalaires formées lors de l’irradiation primaire de milieu biologique, ces espèces secondaires réagissent par la suite avec l’ADN en produisant différents dommages. Ce processus indirect appelé « radiolyse de l’eau » est très important, étant donné que la cellule est principalement composée de l’eau (70%-80%).

Les grandeurs qui influent sur la radiosensibilité d’ADN

La dose absorbée est cependant insuffisante pour prédire les effets biologiques produits. À dose absorbée égale, en plus de type de la cellule, la phase de cycle cellulaire et l’environnement cellulaire ; la complexité des dommages varie en fonction de : III.1 Transfert d’énergie linéique (TEL)  Pour les rayonnements de TEL élevés (p.ex. les particules α et β), il y’a une forte probabilité qu’un événement ionisant se produit directement dans la molécule cible ce qui résulte une forte radiosensibilité et des dommages moins réparables.  Pour les rayonnements de faible TEL (p.ex. rayons X ou gamma), l’action indirecte des produits de la radiolyse de l’eau prédomine, ce qui résulte une faible radiosensibilité à dose unique. III.2 L’efficacité biologique relative du rayonnement (EBR) L’efficacité biologique relative (EBR) d’un rayonnement par rapport à un autre est le rapport inverse des doses absorbées produisant le même degré d’un point final biologique défini, elle est donnée par l’expression (ICRP 60) [28] : 𝐸𝐵𝑅 = la dose dans un point final donné (rayonnement de référence) la dose dans le meme point (rayonnement étudié) À mesure que le TEL augmente, la capacité du rayonnement à produire des dommages biologiques augmente également. Par conséquent, les rayonnements de TEL élevé ont une efficacité biologique relative supérieure à celle des rayonnements de faible TEL. Généralement, l’EBR augmente avec le TEL selon une courbe en cloche, cette dernière se caractérise par une partie ascendante, du fait que l’EBR augmente monotone jusqu’à ce qu’il atteigne une valeur maximale autour de 100 KeV.µm-1 où la valeur de TEL est définie comme optimal. À des valeurs TEL plus élevées que cela, l’EBR diminue.

Le débit de dose

En négligeant la contribution des rayonnements de TEL élevé car les dommages sont irréparables en tout cas, le degré de dommages subis par l’administration d’une dose de rayonnement de faible TLE dépend de l’intervalle de temps à laquelle cette dose a été administrée. Aux faibles débits de dose, la plupart des dommages d’ADN se font par cassures simple brin. Par contre, à des débits de dose plus élevés, il y a des cassures doubles brin [9]. Brièvement, une même dose reçue en peu de temps est plus nocive que si elle est étalée dans le temps.