Vendredi di 25 janvier 2008 : Colloque scientifique

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2 actualités Vendredi di 25 janvier 2008 : Colloque scientifique ifi Espace Charles Louis HAVAS 1, rue des Huissiers NEUILLY Métro ligne 1, station Pont de Neuilly

3 Les lésions moléculaires produites par les radiations ionisantes Jacques Balosso, PU-PH, UJF Nicolas Foray, CR1-INSERM Paris janvier 2008

4 Sommaire Quelles sont les lésions et mécanismes moléculaires? Les lésions radioinduites sont-elles originales? Existe-t-il des relations entre lésions? Les lésions sont-elles différentes selon la dose de RI? Les lésions sont-elles différentes selon le type de RI? Conclusions

5 Quelles sont les lésions et mécanismes moléculaires?

6 Les différents types de lésions Les différents types de radiolésions de l ADN Lésions simple brin: modifications de bases, coupures simple brin, pontages ADN protéines Lésions double brin: coupures double brin, dommages complexe. Les lésions non génomiques (membranes, ) Coupure simple brin Coupure double brin Pontage ADN-protéine Modification de base Conséquences: mutations, remaniements et pertes génomiques

7 L étude des lésions des bases La description et l étude des lésions des bases se poursuit activement Les mécanismes lésionnels influencent le type de lésions produites, leur nombre et leur regroupement. En dehors de la fameuse 8 oxoguanine, beaucoup d autre lésions existent, de complexité et de toxicité variable.

8 La 8 oxoguanine trompe la cytosine pour aller avec l adénine et constituer une mutation ponctuelle Une paire G-C devient une paire 8oxoG-A à la Une paire G C devient une paire 8oxoG A à la réplication suivante

9 Les foyers de phosphorylation H2ax et les aberrations chromosomiques sont des manifestations des CDB Chromosome en anneau Foci ph2ax (cliché N Foray)

10 Les mécanismes fondamentaux mis en jeu (1) 90% des effets immédiats des radiations ionisantes passent par la radiolyse de l eau. Il existe donc environ 10% des effets immédiats qui passent par d autres mécanismes Ionisations directes Attachement t dissociatif i (L. Sache) Événements K sur le carbone, l azote, ou l oxygène (A. Chetioui) i) Transferts d énergie à distance

11 la radiolyse de l eau A s ionisations et excitations, H 2 O H 2 O + + e - H 2 O H 2 O* 2 2 A s ces systèmes excités produisent des radicaux très réactifs hydroxyle OH et des atomes H, selon : H 2 O + H + + (OH) H 2 O* H + (OH) A s l électron devient solvaté : e - e - aq

12 4 3.5 N Foray et coll. 3 DNA + PtTC 2.5 DNA + PtTC below peak DNA DNA + PtTC + DMSO 0 DNA + DMSO dose (Gray)

13 Les mécanismes fondamentaux mis en jeu (2) 90% des effets immédiats des radiations ionisantes passent par la radiolyse de l eau eau. Il existe donc environ 10% des effets immédiats qui passent par d autres mécanismes Ionisations directes Attachement dissociatif (L. Sanche) Événements K sur le carbone, l azote, ou l oxygène (A. Chetioui) Transferts d énergie à distance

14 Dénombrement des principaux types de dommages de l ADN Dommages de bases Cassures simple-brin Cassures double-brin Energie déposée >1 ev/nm3 >10 ev/nm3 >100 ev/nm3 Nombre ~ / Gy ~ 1000 / Gy ~ 40 / Gy ½ vie de réparation 5-10 min min > 50 min

15 Les lésions radioinduites sontelles originales?

16 NON pour l essentiel! Car le mécanisme des lésions radioinduites est essentiellement un équivalent de stress oxydant qui peut être la voie d action commune de beaucoup d agents génotoxiques La photoxicité (thérapie photodynamique) La toxicité des métaux lourds (Pb, Cd, ) La toxicité de certains médicaments anticancéreux (anthracyclines, ) Les agents oxydants (H 2 O 2 ) Mais, la densité de certains dépôts d énergie peut conduire dans le cas des RI à des lésions d une gravité exceptionnelle: lésions multiples, coupures double brin

17 Existe-t-il t il des relations entre lésions?

18 OUI! Un type de lésions primaire peut conduire à un autre type de lésions au cours de la réparation Les mécanismes de réparations convertissent la plupart des dommages de bases en défects mono-brin transitoires En cas d attaque ponctuellement dense les deux brins sont modifiés et des coupures double-brin vont apparaître au cours de la réparation donc après un délais de quelques heures. Une attaque radicalaire quelle que soit son origine va donc conduire à des coupures de l ADN dont certaines sont immédiates et d autre retardées et sont de signif. différente.

19 Le stress oxydant propagé par le milieu de cellules irradiées va créer dans des cellules non irradiées des coupures double-brin (effet bystander) avec >2 ph H2ax foci par cellule t1 t2 Immunofluorescence Apparition de CDBs tardives 4 h après l irradiation % de cellules t1 t min 1h 10min 4h 10min 24h 1h 1h 1h 4h 1h 24h 24h 1h 24h 4h 24h 24h À condition que le transfert se fasse entre 10 min et 1 h après l irradiation

20 Les dimères de thymine produits par les UV vont être convertis en coupures double-brin brin lors de la réparation UV-C 10 min post exposition Pas de CDBs Nom mbre de fo oci ph2ax par cell lule UV-C 4h post exposition UV UV-C (J/m 2 ) Conversion des dommages de base ou des CSBs en CDBs?

21 Les métaux lourds produisent un stress oxydant conduisant à des lésions qui vont être converties en coupures double-brin brin lors de la réparation ph2ax Nombre de foci Pb Cd Temps post-traitement (h) Time post-incubation (h) Hypothèse: réactions de Fenton permettant le développement d un stress oxydatif puis il y a conversion des CSBs en CDBs?

22 L H agit directement comme stress oxydant et là encore, les lésions vont être converties en coupures double-brin brin lors de la réparation Temps post traitement (min)

23 Les mécanismes fondamentaux mis en jeu (3) Ainsi une partie non négligeable, voire majoritaire dans certains cas, des lésions facilement détectables (CSB,CDB) ne sont: ni produites immédiatement ni pas l action directe des génotoxiques Mais par l action du processus même de Mais par l action du processus même de réparation.

24 Les lésions sont-elles différentes selon la dose de RI?

25 Existe-t-il une relation entre la dose et la nature des lésions? Les faibles doses donnent-elle des lésions particulières? NON, car chaque dépôt d énergie agit indépendamment des autres sf possiblement à très hautes dose et à très haut débit de dose (>> 10 ou 100 Gy et > 10 Gy/sec). Les faibles doses produisent une faible charge lésionnelle : qui peut rester indétectée é par la cellule l (1mGy => une CDB/25 cell et 100 mgy => 4CDB/cell) et présenter un risque accru de mort cellulaire mais, semble-t-il, pas plus de survie «fautive».

26 Quelques données radiobiologiques o og Dose de RI Probabilité absolue de transformation 7Gy Probabilité de transformation rapportée au nombre de cellules survivantes Surv vie 1Gy Hypersensibilité aux faibles doses (M. Joiner) Dose de RI Dose de RI

27 Les lésions sont-elles différentes selon le type de RI?

28 Existe-t-il une relation entre le type de radiation et la nature des lésions? Oui! Les différents types de radiations ont des micro-structures de dépôt de dose différentes les unes des autres. Le rendement radiolytique, la complexité des lésions et la distributions dans le spectre des lésions changent. Exemple de représentation figurée de la distribution de dose à l échelle de l ADN ladn

29 La trace d unionàl échelle dun de la double hélice d ADN

30 La courbe de survie: mise en évidence d une différence d efficacité biologique Courbes de survie pour des cellules CHO de hamster: rayons X ou particules de TEL moyen (hautes énergie du canal d entrée) ou particules de TEL élevé é (région du SOBP), (GSI, Darmstadt, Allemagne). Ce qui compte essentiellement c est la densité du dépôt d énergie

31 Conséquences??? Plus d efficacité létale (EBR élevé en thérapeutique) Plus de risque génotoxique (Wr élevé en radioprotection) L équilibre entre les deux pose problème aux radiothérapeutes (cf modèle de carcinogenèse radioinduite, N&S 2007)

32 Le modèle compétitif de U.Schneider

33 Enfin, qu en est-il des faibles doses de rayonnement à haut TEL? Radioprotection Espace Hadronthérapie

34 Conclusions

35 Tous les types de lésions sont susceptibles d être réparés par des mécanismes constitutifs de la cellules qui seront détaillés par N. Foray Leurs conséquences immédiates sont essentiellement t conditionnées par leur complexité leur détectabilité leurs interactions

36 La sensibilité et la réaction cellulaire à ces lésions est l intégration d une combinatoire de paramètres: Statut rédox Statut génétique (détection / réparation / régulation apoptose ) Aptitude à réparer (régulation du cycle cellulaire, equipement enzymatique ) Types de lésions Type cellulaire l Présence d autres génotoxiques

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