Calculs des dommages radio-induits précoces à l’ADN

Le calcul des dommages radio-induits précoces à l’ADN s’effectue dans le module d’analyse précédemment introduit qui prend en compte les données de sortie de phys_geo et de chem_geo. Pour cela, différents paramètres et critères sont utilisés afin de calculer le nombre de dommages à l’ADN à savoir les cassures simples directes et indirectes (SBs) ainsi que les cassures doubles (DSBs). Dans la chaîne de calcul, une cassure directe est considérée lorsqu’il y a un dépôt d’énergie cumulée d’au moins 17,5 eV provenant d’excitations ou d’ionisations dans le squelette de l’ADN [LOBACHEVSKY et MARTIN, 1996 ; PRISE et al., 2000 ; NIKJOO et al., 2001], c’est-à-dire, dans les volumes du phosphate, du 2-désoxyribose ainsi que de la couche d’hydratation qui est représentée par un volume de 24 molécules d’eau entourant chaque paire de nucléotides. Pour les effets indirects, chaque réaction entre le radical OH● et le 2-désoxyribose a une probabilité de 40% de causer une cassure indirecte. Ceci est dû à la structure de la chaîne d’ADN qui ne permet aux radicaux OH● d’atteindre que 2 des 5 sites réactionnels du 2-désoxyribose [BALASUBRAMANIAN et al., 1998 ; DIZDAROGLU et JARUGA, 2012]. Lorsque tous les SBs sont calculés (directs + indirects), un algorithme de clusterisation est utilisé, DBScan [ESTER et al., 1996], afin de calculer le nombre de DSBs. Un DSB est défini comme un cluster contenant au moins deux cassures simples issues de la même trace de particule, séparés par moins de 10 paires de bases (bp) et situés chacun sur un brin différent de l’ADN. Tout SB séparé

par moins de 10 bp du cluster initial est « mergé » (fusionné) au cluster, augmentant ainsi sa complexité. En ce sens, un DSB simple est défini comme un DSB contenant seulement deux SBs sur des brins opposés, et un DSB complexe comme un cluster contenant plus de deux SBs avec au moins deux SBs sur des brins opposés. Après le passage de l’algorithme de « clusterisation », chaque SB restant est alors considéré comme un « single SB » (SSB). Un schéma explicatif de la définition des dommages à l’ADN dans la chaîne de calcul est illustré dans la figure 2.17.

Lorsque l’exécution du module d’analyse est terminée, nous obtenons un nombre de DSBs par particule primaire incidente. Il est également possible d’obtenir des informations supplémentaires concernant le nombre de SBs directs, le nombre de SBs indirects ainsi que la complexité des DSBs. Il est intéressant de souligner le fait que l’utilisation de DBScan est propre à la chaîne de calcul et que, de ce fait, la définition des dommages peut différer de celle utilisée par d’autres codes de calculs comme par exemple, le code de calcul PARTRAC [FRIEDLAND et al., 2011] qui n’utilise pas les mêmes méthodes. Afin de pouvoir effectuer des comparaisons avec d’autres codes de calcul ou se baser sur des modèles utilisant une certaine définition des DSBs, il peut être alors intéressant d’appliquer leur définition des DSBs qui dans certains cas, ne nécessite pas d’algorithme de clusterisation comme DBScan. En général pour tous les codes de simulation, lorsque deux SBs issus de la même trace sont situés sur des brins opposés de l’ADN et à moins de 10 bp, ils forment alors un DSB. En revanche et contrairement à la méthode utilisant DBScan, si d’autres SBs sont situés à moins de 10 bp de ce DSB, ils ne seront alors pas inclus dans ce DSB et ne résulteront pas en un DSB complexe comme montré dans la figure 2.18.

Néanmoins, et comme indiqué au chapitre 1, un nouveau standard pour le calcul des dommages à l’ADN (SDD) a récemment été proposé pour simplifier les comparaisons entre les différents codes de calcul [Schuemann et al., 2019] et est actuellement en train d’être introduit dans la chaîne de calcul.

Figure 2.18 : Définitions des DSB avec ou sans l’utilisation de DBScan.

Dans ce travail de thèse une nouvelle routine d’analyse permettant de calculer les DSB à partir de SBs sans la clusterisation de DBScan a été développée ce qui a permis de calculer les fragments d’ADN en se basant sur la méthode de calcul employée dans PARTRAC [FRIEDLAND et KUNDRAT, 2013]. Ce nouveau module permettant de calculer les fragments d’ADN est présenté dans la figure 2.19. La méthode de calcul des fragments d’ADN basée sur le code de calcul PARTRAC [FRIEDLAND et KUNDRAT, 2013] est la suivante :

1. Lorsque deux SBs sont issus de la même particule primaire et sont situés sur deux brins

opposés d’ADN et à moins de 10 bp (SBcalculation), alors un DSB est enregistré et sa position est donnée par la position moyenne entre les deux SBs (DSBposition). Les SBs le composant sont alors retirés de la liste.

2. Si un DSB ou plus se trouvent à moins de 25 bp du DSB considéré, ces DSBs forment un cluster de DSBs dont la position est la position moyenne entre les DSBs le composant (DSBcluster). 3. Dans le cas contraire, le DSB est défini comme étant un DSB isolé (DSBisolated).

4. Tous les clusters de DSBs ainsi que tous les DSBs isolés forment ce que l’on appelle, les sites de DSB.

5. Ensuite, deux sites de DSB distants au maximum de i bp et au minimum de j bp forment un fragment de DSB de longueur comprise entre i et j (DNAFragments).

Figure 2.19 : Module d’analyse pour le calcul des fragments d’ADN.