Aktis n°20 avr/mai/jun 2015
Aktis n°20 avr/mai/jun 2015
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°20 de avr/mai/jun 2015

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire

  • Format : (150 x 210) mm

  • Nombre de pages : 16

  • Taille du fichier PDF : 3,5 Mo

  • Dans ce numéro : du progrès dans la compréhension des effets aux tissus sains après une radiothérapie externe.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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8 PUBLICATIONS Modélisation de la topologie des dépôts d’énergie créés par un rayonnement ionisant à l’échelle nanométrique dans les noyaux cellulaires et relation avec les événements précoces radio-induits, thèse soutenue par Morgane Dos Santos le 2 octobre 2013 Bianco D. et al. « Multi-scale analysis of simulated proton and alpha irradiation » Radiation Protection Dosimetry (2014),pp. 1-5 VillagrasaC. et al. « RBE-LET relationship for proton and alpha irradiations studied with a nanodosimetric approach » Radiation Protection Dosimetry (2014), Vol. 161, No. 1-4,pp. 449-453 Dos Santos M. et al. « Influence of chromatin condensation on the number of direct DSB damages induced by ions studied using a Monte-Carlo code » Radiation Protection Dosimetry (2014), Vol. 161, No. 1-4,pp. 469-473 Aktis n°20 – avril-juin 2015 Électrons de très basse énergie Les physiciens utilisent un code de calcul de type Monte Carlo, GEANT4-DNA, pour simuler le transport des particules dans la matière et ainsi définir la trace des particules incidentes du rayonnement et des électrons créés par leur passage. Ce type de simulation est basé sur la connaissance des sections efficaces qui représentent la probabilité d’interaction entre les particules et le milieu cible. Pour obtenir la précision nanométrique recherchée, les chercheurs ont participé à l’implémentation et à la validation dans le code des modèles physiques (basés sur des données expérimentales dans l’eau liquide) permettant de déterminer les sections efficaces pour des électrons de très basse énergie (énergies cinétiques inférieures au keV). Par ailleurs, pour simuler l’interaction avec l’ADN et prévoir les cassures, ils ont développé un modèle géométrique d’ADN adapté au logiciel. Pour évaluer le nombre et la localisation des cassures double brin de l’ADN, l’hypothèse retenue est que l’ionisation d’un sucre ou d’un phosphate sur la chaîne d’ADN (pas sur une base) donne lieu à une cassure simple brin (SSB). Un algorithme, dit de clusterisation, analyse ensuite les positions de chaque cassure simple brin dans l’ADN pour localiser les cassures double brin. Plusieurs évolutions sont en cours. D’une part, les chercheurs travaillent à l’implantation de sections efficaces correspondant à l’interaction de particules chargées avec des molécules d’ADN réelles, car GEANT4-DNA ne disposait jusque-là que des sections efficaces de l’eau liquide. Par ailleurs, une nouvelle description géométrique de l’ADN au niveau moléculaire, permettant une meilleure localisation des cassures ainsi que son utilisation dans la simulation des effets indirects est en cours d’achèvement. Repérer l’histone H2AX Pour faire le lien entre cette simulation des conséquences de l’irradiation au sein des cellules et les dommages observés à l’ADN, la tâche des biologistes consiste à caractériser et quantifier les dommages à l’ADN réellement générés par une irradiation donnée. Ces dommages sont repérés à l’aide des pro téines cellulaires qui se modifient ou se relocalisent autour d’eux. Une des protéines utilisées par les biologistes de l’IRSN est l’histone H2AX qui est phosphorylée (H2AX-pSER139) lorsqu’elle se situe à proximité d’une cassure double brin de l’ADN et dont la modification peut être visualisée par immunofluorescence sous forme de plusieurs focus ou foci. Chaque foci observé au sein d’un noyau cellulaire correspond alors à une ou à un groupe de cassure(s) double brin de l’ADN. Les foci sont dénombrés par l’analyse des images des noyaux cellulaires acquises par microscopie. L’équipe de biologistes a multiplié les données expérimentales afin de les croiser avec les données obtenues par simulations. Ainsi, les mesures de dommages à l’ADN ont été effectuées sur plusieurs milliers des cellules endothéliales GLO issues de cordon ombilical humain (HUVEC), un modèle de cellule commun à tout le programme Rosiris. Dans le cadre du programme BioQuaRT, des groupes de 2 000 à 3 000 cellules HUVEC ont été cultivés en monocouches pour être irradiés à l’aide du microfaisceau de protons et d’alphas du PTB (Physikalisch-Technische Bundes anstalt, Allemagne) à différentes énergies. Sur chaque noyau cellulaire, en forme de pièce ovale de 20 microns sur 10, pour 2 microns d’épaisseur, cinq particules sont tirées sur des points-cibles distincts. Les cellules ont ensuite été analysées pour en tirer la probabilité de dommages à l’ADN par particule. L’opération a été réalisée pour des protons et des alphas avec des TEL GLO variant entre 18 KeV/µm et 160 keV/µm. Les scientifiques ont ainsi obtenu une probabilité de dommages en fonction de l’énergie déposée par micron (TEL). Afin de mener la confrontation, la simulation réali sée dans la première partie est « moyennée » pour travailler sur des échelles comparables (tout en tenant compte de la physique la plus fine) à celles des résultats biologiques observés. Cette confrontation permet de proposer des hypothèses sur les paramètres intervenant dans la formation des cassures double brin de l’ADN et ainsi enrichir et affiner la simulation. La prise en compte dans la simulation des interactions indirectes des radicaux avec l’ADN sera une étape ultérieure importante dans cette amélioration. 425 gènes et 600 protéines Si l’on se place au niveau plus global de l’organe à risque, il est probable que la réaction à l’irradiation soit le résultat d’un réseau d’interactions entre différents acteurs moléculaires. Quelle est la
réaction précoce de l’organe à une irradiation ? Le programme Rosiris vise à identifier, au niveau de l’endothélium des vaisseaux sanguins, les réseaux de médiateurs moléculaires impliqués dans les modifications radio-induites précoces de l’intestin, et qui conditionnent les réponses tardives des tissus. Pour les identifier, l’IRSN a choisi d’utiliser notamment la protéomique et la transcriptomique, techniques globales qui permettent de quantifier respectivement un grand nombre de protéines, de gènes dans un échantillon. Dans un premier temps, des cellules endothéliales ont été irradiées à 2 et à 20 Gy. Ces techniques ont permis d’identifier 425 gènes et environ 600 protéines impliqués dans la réponse de l’endothélium, à plusieurs temps entre 0,5 et 21 jours après l’irradiation. Une méthode mathématique spécifique a été développée (voir Aktis n°15) qui permet de relier les points de mesure obtenus entre 0,5 et 21 jours pour chaque gène ou protéine mesuré (méthode Bayésienne). Une analyse statistique de la courbe obtenue permet d’identifier s’il existe des périodes, durant les 21 jours, où la concentration de ce gène ou de cette protéine a changé et peut être attribuée à l’irradia- tion. Une liste de gènes ou protéines sous-exprimés ou surexprimés dans la cellule endothéliale après l’irradiation a pu ainsi être dressée. Régulateurs communs Afin d’identifier des réseaux d’acteurs moléculaires impliqués dans les modifications des cellules endothéliales après l’irradiation, une autre méthode mathématique a été développée afin d’associer entre elles des entités (gènes, protéines, etc.) de la liste précédente qui présentent des profils d’expression similaires (méthodes de clusterisation et de bi-clusterisation). Cette étape de la recherche permet par ailleurs de singulariser des groupes de gènes ou de protéines régulés de la même façon, donc probablement par des régulateurs communs. En utilisant des logiciels de fouille de texte pour explorer la littérature scientifique, et des logiciels d’analyse des réseaux moléculaires, des liens entre les acteurs moléculaires identifiés sont en cours d’é ta blis sement. Ces travaux ont notamment confirmé le rôle important de la protéine P53 dans les processus post-irradiation. En savoir plus sur le programme Rosiris En savoir plus sur le programme BioQuart Foci dans des cellules HUVEC après irradiation par cinq particules (20 MeV, TEL 37 keV.µm -1) sur chaque cellule par le micro-faisceau du PTB. En haut à gauche, noyaux teintés par DAPI. En haut à droite, immunodétection des dommages sur l’ADN par 53BP1. En bas à gauche, immunodétection des dommages sur l’ADN par H2AX. En bas à droite, superposition des trois images pour visualiser les foci. IRSN/Géraldine Gonon Aktis n°20 – avril-juin 2015 9



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