Phototoxicité: une solution simple pour une exposition complexe

Publié par Isabelle le 24/11/2021 à 13:00
Source: CEA IRIG
Afin de prendre en compte les synergies et antagonismes dans les réponses de l'ADN aux UVB et UVA, des chercheurs de l'Irig se sont inspirés d'une méthode de traitement des données développée pour l'optimisation des combinaisons de médicaments anticancéreux (Un anticancéreux est un médicament permettant de lutter contre le cancer). La modélisation de leurs résultats expérimentaux permettra ainsi d'aborder des études cellulaires.

La lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) solaire est constituée d'une infinité de couleurs, c'est-à-dire de photons d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) (ou de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...). Cette complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...) est à prendre en compte lorsque l'on étudie les effets biologiques de l'exposition solaire. Les composants les plus actifs biologiquement dans la lumière solaire atteignant la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) sont dans la portion ultraviolette: environ 95 % d'UVA, et 5 % d'UVB, les plus énergétiques. Des travaux comparant UVB et UVA ont montré l'importance de ces premiers, efficacement absorbés par les biomolécules. Des études plus précises ont permis de définir des spectres d'action qui rapportent l'intensité des effets d'intérêt sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du spectre solaire en fonction de la longueur d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...). Cette approche peut être prédictive des effets d'une exposition spécifique. Elle possède cependant un défaut: elle est basée sur un principe d'additivité entre les effets des différentes longueurs d'onde et ne prend pas en compte de possibles synergies ou des antagonismes du fait d'exposition simultanée à plusieurs longueurs d'onde.


Des chercheurs de l'Irig ont récemment mis en avant cette problématique qui se retrouve dans divers domaines: immunosuppression, induction du stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général...) oxydant, génotoxicité, mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) cellulaire, etc [1]. Pour aller au-delà de ce simple constat, il est nécessaire de quantifier l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des effets de synergie ou d'antagonisme dans les réponses aux UV. Pour relever ce défi, les chercheurs se sont inspirés d'une méthode de traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) initialement développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) pour l'optimisation des combinaisons de médicaments anticancéreux.

Pour valider son applicabilité à la photobiologie, les chercheurs de l'Irig se sont concentrés sur l'effet combiné des UVB et UVA sur l'ADN [2]. Ce système représente un modèle particulièrement pertinent puisque certains photoproduits (Figure), les dimères cyclobutane, sont produits par les UVB et les UVA de façon additive. Les photoproduits pyrimidine (La pyrimidine (ou 1,3-diazine) est une molécule azotée hétérocyclique...) (6-4) pyrimidone (6-4 PP), sont quant à eux générés uniquement par les UVB mais sont convertis en isomère Dewar par les UVA. La combinaison (Une combinaison peut être :) entre UVA et UVB est donc synergique pour l'apparition des Dewars mais antagoniste pour la formation des 6-4 PP.

La modélisation des résultats expérimentaux a permis aux chercheurs de quantifier tous ces effets. Une étude à trois longueurs d'onde leur a même permis de démontrer l'importance des UVA de plus faible longueur dans le phénomène de photoisomérisation. Leur travail a également permis d'apporter des compléments à la méthode initiale, comme l'utilisation de nouvelles équations pour la modélisation des données et une approche rigoureuse de l'évaluation des erreurs. Fort de cette validation, les équipes, soutenues par le Labex Arcane, vont pouvoir aborder des études cellulaires.


Structure chimique des photoproduits induits par les UV solaires dans l'ADN.

Notes:
- L'[i]isomère de valence Dewar
doit son nom à un scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) britannique du XIXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) travaillant sur la structure du benzène (Le benzène est un hydrocarbure aromatique monocyclique, de formule C6H6, également...), et résulte d'une modification (électrocyclisation intramoléculaire 4π photoinduite) du cycle pyrimidone. Les 6-4 PP peuvent donner lieu, par absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) d'un second photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...), à un photoproduit connu sous le nom d'isomère de valence de Dewar, ou Dewars, impliqués dans la génotoxicité solaire.
- Ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) est soutenu par le LabEx Arcane, un consortium de scientifiques de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Grenoble dont l'objectif scientifique commun est la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) bio-motivée[/i].

Références:
[1]T Douki
Wavelengths and temporal effects on the response of mammalian cells to UV radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se...): Limitations of action spectra illustrated by genotoxicity.
Journal of Photochemistry and Photobiology B, 2021.

[2]T Douki and Buhot A
Synergistic or antagonist effects of different UV ranges analyzed by the combination index: Application to DNA photoproducts.
Photochemistry and Photobiology, 2021.
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