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Pour pallier aux limitations de l’approche top-down, une approche totalement oppos´ee a

´egalement ´emerg´e depuis une dizaine d’ann´ees. Il s’agit de l’approche bottom-up, fond´ee

sur des collisions `a basse ´energie sur des briques constitutives de l’ADN (figure 1.22)

isol´ees en phase gazeuse et dont le but est d’avoir acc`es aux m´ecanismes des d´egˆats

d’irradiation au niveau mol´eculaire [26, 27]. En effet, les syst`emes irradi´es sont largement

simplifi´es puisque l’interaction se fait uniquement entre le rayonnement ionisant et

une ”petite” mol´ecule (telle que la thymine) qui de surcroit est en phase gazeuse. On

s’affranchit donc des effets du milieu environnant contrairement `a l’approchetop down et

on peut comparer ais´ement les r´esultats exp´erimentaux aux calculs de chimie quantique.

Avec cette approche, on peut obtenir des informations sur les m´ecanismes physiques

responsables des d´egˆats sur l’ADN.

Dans le cas de l’irradiation par des ´electrons de basse ´energie les travaux de L.

Sanche [28] et T. Mark [29] ont montr´e qu’il existe un processus d’attachement

´electronique dissociatif sur des bases nucl´eiques isol´ees en phase gazeuse lorsqu’elles

d’endommagement.

Figure1.23 –Les diff´erentes briques constitutives de la mol´ecule d’ADN [30]

D’autres ´etudes ont ´et´e r´ealis´ees sur les voies de fragmentation des briques constitutives

des mol´ecules d’ADN et d’ARN. Ces ´etudes ont montr´e des diff´erences sur la distribution

des fragments concernant l’uracile et la thymine suite `a une irradiation par des ions

carbone simplement charg´es de 24 keV [31]. En effet, pour l’uracile, on observe l’absence

de grands fragments, li´es `a la perte d’au moins 1 ou 2 atomes lourds tel que l’oxyg`ene

(figure 1.24). Donc, la dynamique de dissociation d´epend fortement des propri´et´es

structurelles de la mol´ecule cible. Ces spectres de fragmentation permettent de ce rendre

compte de l’int´erˆet d’une telle approche puisqu’on a acc`es facilement `a la dynamique de

dissociation. Les m´ecanismes physiques responsables des d´egˆats sur le vivant sont mis

en ´evidence grˆace `a cette approche. L’approche bottom-up a donc permis d’extraire des

informations `a l’´echelle mol´eculaire.

Toutefois, on peut se demander si ces donn´ees sont transposables aux cons´equences

biologiques. En effet, ces syst`emes de petite taille par rapport aux syst`emes ´etudi´es

dans l’approche top-down ne sont pas tr`es pertinents d’un point de vue biologique mais

int´eressant pour les comparer `a des calculs de chimie quantique. De plus, les difficult´es

de mise en phase gazeuse de mol´ecules complexes ont fortement limit´e cette approche.

La quasi-globalit´e des ´etudes men´ees jusqu’`a pr´esent s’est limit´ee `a de petites mol´ecules

(bases nucl´eiques) repr´esentant les briques constitutives des biomol´ecules pr´esentes dans

le milieu cellulaire car la mise en phase gazeuse de mol´ecules isol´ees se fait habituellement

par ´evaporation d’une poudre pour en former un jet mol´eculaire effusif.

Figure1.24 – Spectre de fragmentation de l’uracile (en haut) et de la thymine (en bas)

irradi´e par un faisceaux d’ions carbones simplement charg´es de 24 keV. J’ai entour´e en

rouge les fragments manquants [31].

La pertinence de cette approche repose ´egalement sur l’hypoth`ese que les dynamiques

d’ionisation et de dissociation sont similaires pour des mol´ecules isol´ees et des mol´ecules

incorpor´ees dans un environnement biologique. Or, ceci n’est pas n´ecessairement le cas.

En effet, des ´etudes en solution aqueuse ont montr´e que les ´energies verticales pour

les briques constitutives de l’ADN sont alt´er´ees [32, 33]. De plus, le transfert d’´energie

d’excitation au milieu environnant la mol´ecule n’est pas pris en compte dans cette

approche.

Pour r´epondre `a la probl´ematique de l’absence d’environnement de l’approchebottom-up,

quelques ´etudes ont ´et´e men´ees en tentant de simuler un environnement aqueux. C’est

notamment le cas pour l’´etude de l’adenosine 5’-monophosphate (AMP) hydrat´e,

en-dommag´e suite `a une collision sur un jet d’atomes neutres (Ne, Na) `a 50 keV [34]. Les

collisions de l’ordre du keV avec des constituants de l’ADN permettent l’´etude de la fin

du pic de Bragg. On peut voir sur la figure 1.25, le spectre obtenu apr`es irradiation en

fonction du nombre de mol´ecules d’eau entourant AMP

. On constate que le spectre

AMP (૙ሻ૛૙

Figure1.25 –Spectre de fragmentation de la mol´ecule d’adenosine 5’-monophosphate

irradi´ee par un jet d’atomes de sodium neutres `a 50 keV en fonction du nombre de

mol´ecules d’eau attach´ees [34].

Cependant, ce dernier r´esultat ne permet pas de simuler un environnement biologique

pertinent. En effet, ici les quelques mol´ecules d’eau agissent comme un tampon d’´energie

et non pas comme un producteur de radicaux libres cr´edibles d’un point de vue

biolo-gique. Donc, quelques mol´ecules d’eau ne suffisent pas `a simuler le milieu environnant de

la mol´ecule. Il permet de constater que la prise en compte d’un environnement affecte la

dynamique de fragmentation. Dans l’id´eal il faudrait irradier des brins d’ADN en phase

aqueuse et analyser les r´esultats en phase gazeuse pour avoir acc`es aux m´ecanismes

d’en-dommagement `a l’´echelle mol´eculaire. Il en r´esulte donc, que ces exp´eriences bottom-up

qui, a contrario de celles pr´ec´edemment pr´esent´ees, permettent d’extraire une multitude

de donn´ees sur les processus physiques d’endommagement des syst`emes ´etudi´es, se sont

r´ev´el´ees inutiles pour extrapoler leurs r´esultats `a l’explication de cons´equences biologiques

1.6 Alternative aux exp´eriences ”top-down” et