Formation et stabilité des photohydrates pyrimidiniques dans l’ADN

¹ Department of Pathology and Rita and Stanley Kaplan Cancer Center, New York University Medical Center, New York, NY 10016, USA.
² Department of Biological Sciences, State University of New York, Albany, NY 12222, USA.
³ Laboratoires de Chimie, Département de Recherche Fondamentale, Centre d’Etudes Nucléaires de Grenoble, 85X, 38041 Grenoble Cedex, France.

Résumé

La photolyse ultraviolette (254 nm) de solutions aqueuses des copolymères poly(dC-dC) et poly(dA-dU) engendre lit formation d’hydrates pyrimidiniques. Il a été montré récemment que ce photoproduits étaient substrats de glycosylases bactériennes et de mammifères (Biochemistry. 28 : 6164, 1989). Une de ces enzymes de réparation, l’endonucléase III, a clé utilisée dans ce travail pour étudier la formation et la stabilité de cette importante classe de photoproduits pyrimidiniques dans les copolymères poly(dC-dC) et poly(dA-dU). L’irradiation du poly(dG-dC) à une dose de 100 kJ/m² (254 nm) de lumière de l’ultraviolet lointain entraîne une conversion du résidu cytosyle en 2,2% d’hydrate de cytosine (hydroxy-6 dihydro-5,6 cytosine) et 0,09% d’hydrate d’uracile (hydroxy-6 dihydro-5,6 uracile). La stabilité des photohydrates pyrimidiniques a été étudiée en incubant les copolymères pendant une période de 24 heures à différentes températures après irradiation. L’hydrate de cytosine est stable lorsque la température est maintenue à 4°C. La stabilité de l’hydrate décroît avec l’augmentation de la température, la demi-vie étant de 75, 25 et 6 heures à des températures de 25°C, 37°C et 55°C respectivement. L’hydrate d’uracile dans le copolymère poly(dA-dU) irradié est stable à 4°C et à 25°C, et décroît avec une demi-vie de 6 heures à 37°C et de moins d’une demi-heure à 55°C. L’hydrate d’uracile et l’uracile ont été aussi détectés dans le poly(dG-dC) après une irradiation du copolymère. Une des conclusions majeures de ce travail est que l’hydrate de cytosine est relativement stable dans l’ADN à 37°C. De plus, lu décomposition de ce photoproduit s’effectue par désamination, conduisant à la formation de l’hydrate d’uracile. Ce dernier composé peut alors engendrer de l’uracile par déshydratation. La formation cl la stabilité des photohydrates pyrimidiniques dans l’ADN ont pu contribuer, au cours de l’évolution, au développement de diverses enzymes de réparation dont l’endonucléase III (et des activités enzymatiques analogues chez les organismes eucaryotes) et la glycosylase d’uracile.

Abstract

UV irradiation of poly(dG-dC) and poly(dA-dU) in solution produces pyrimidine hydrates which are repaired by bacterial and mammalian DNA glycosylases (Biochemistry, 28 : 6164, 1989). K, coli endonuclease III was used to quantitate the formation and stability of these hydrates in poly(dG-dC) and poly(dA-dU). When poly(dC-dC) was irradiated with 100 kJ/m² of 254 nm light at pH 8.0, 2.2% of Cyt residues were converted to cytosine hydrate (6-hydroxy-5,6-dihydrocylosine) while 0.09% were converted to uracil hydrate (6-hydroxy-5,6-dihydrouracil). To measure the stability of these photoproducts, poly(dG-dC) was incubated in solution for up Lo 24 hours after UV irradiation. Gytosine hydrate was stable at 4°C and decayed at 25°C, 37°C and 55°C with half lives of 75, 25 and 6 hours, respectively. Uracil hydrate produced in irradiated poly(dA-dU) was stable at 4°C and at 25°C, and decayed with a half life of 6 hours at 37°C and less than one half-hour at 55°C. Uracil hydrate and uracil were also shown to be formed in irradiated poly(dG-dC). These experiments demonstrate that far-UV induced cytosine hydrate may persist in DNA for prolonged time periods and also undergoes deamination to uracil hydrate which, in turn, undergoes dehydration to yield uracil. The formation and stability of these photoproducts in DNA may have promoted the evolutionary development of the repair enzyme endonuclease III and analogous DNA glycosylase/endonuclease activities of higher organisms, as well as the development of uracil-DNA glycosylase.