Simulations moléculaires hybrides de lésions complexes oxydantes de l'ADN

Hybrid molecular simulations of oxidative complex lesions

• Auteur / Autrice : Chandan Patel
• Direction : Françoise Delbecq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/09/2013
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Richard Lavery
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Delbecq, Richard Lavery, Nicolas Ferré, Iñaki Tuñón, Jean-Luc Ravanat, Elise Dumont
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Ferré, Iñaki Tuñón

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

ADN -- Altération

Mots clés libres

Lésions de l'ADN

Lésions de l'ADN inter et intrabrin

QM/MM

Dynamique moléculaire

DFT

CPMD

DNA Damage

DNA cross-links

QM/MM

Molecular Dynamics

DFT

CPMD

Résumé

L'ADN est en permanence exposé à un grand nombre d'événements dommageables déclenchées par des agents endogènes et exogènes. De nombreux travaux expérimentaux ont fourni des informations cruciales sur les propriétés structurelles et la réparation de certains des lésions de l'ADN. Cependant, il manque une vision mécanistique ou énergétique sur leur formation. La biochimie computationnelle a émergé comme un outil puissant pour comprendre les réactions biochimiques et les propriétés électroniques de systèmes complexes.Dans cette thèse, nous étudions la formation de lésions complexes intra-brin et inter-brin. Ces lésions tandem constituent une puissant menace à l'intégrité du génome, en raison de leur haute fréquence mutagenique. Tout d'abord, nous discutons l'attaque d'une liaison covalente entre un radical pyrimidinique. En comparant avec les bases isolees, nos simulations hybrides Car-Parrinello demontrent que la reactivité de la thymine et de la cytosine radicalaires sont inversees dans l'environnement B-helical. De plus, nos resultats montrent egalement une deformation plus importante pour la lesion G[8-5]C.Nous rationalisons également la plus grande réactivité des cytosines par rapport aux purines vers la formation multi-etapes de lésions complexes inter-brins par condensation avec un site C4' abasique. Ces résultats bases sur des simulations avec solvatation explicite et combines a la théorie de la fonctionnelle de la densité sont en accord avec les données expérimentales.

DNA is continuously exposed to a vast number of damaging events triggered by endogenous and exogenous agents. Numerous experimental studies have provided key information regarding structural properties of some of the DNA lesions and their repair. However, they lack in mechanistic or energetic information pertaining to their formation. Computational Biochemistry has emerged as a powerful tool to understand biochemical reactions and electronic properties of large systems.In this thesis we study the formation of inter- and intra-strand cross-links. These tandem lesions pose a potent threat to genome integrity, because of their high mutagenic frequency. First, we discuss the formation of complex defects which arise from the attack of a pyrimidine radical onto guanine. In comparison with the reactivity of isolated nucleobases, our hybrid Car-Parrinello Molecular Dynamics simulations reveal that the reactivity of hydrogen-abstracted thymine and cytosine is reversed within a B-helix environment. Further, our data also suggest a more severe distortion of the B-helix for G[8-5]C.Second, we rationalize the higher reactivity of cytosine vs. purines toward the multistep formation of inter-strand crosslinks with a C4' oxidized a basic site, which is in qualitative agreement with experiments on isolated nucleobases, using explicit solvent simulations combined to density functional theory.