Signification biologique de l’oxygène moléculaire singulet : génération chimique, désactivation par des molécules biologiques et coupures franches de l’ADN

Institut für Physiologische Chemie I, Universität Düsseldorf Moorenstrasse 5, 4000 Düsseldorf, Germany.

Résumé

La production de l’oxygène moléculaire singulet (¹O₂) via la thermodécomposition d’un endoperoxyde soluble dans l’eau, le 3,3’-(l,4-naphthylidène) dipropionate (NDPO₂) et l’identification de 1O2 ont été effectuées par (a) la détection directe de l’émission mono- et bimoléculaire, et (b) la quantification et la détection chimique de ¹O₂ en utilisant des piégeurs chimiques. La capacité de composés biologiques tels que les caroténoides, les tocophérols et les thiols à désactiver ¹O₂ a été estimée par la mesure directe de l’émission lumineuse monomoléculaire. Le lycopène s’est montré le plus efficace des caroténoides (k_q = 31 × 10⁹ M^-1 s^-1) suivi des tocophérols et des thiols. Le traitement de l’ADN (plasmides et bactériophages) par ¹O₂ montre l’apparition de coupures franches de l’ADN, se traduisant par une perte de l’activité biologique. La prévention ou l’augmentation de ces lésions est obtenue grâce à l’utilisation de molécules biologiques. La présence de la plupart des thiols utilisés potentialise la formation de coupure de chaînes. Notre étude montre également que ¹O₂ est mutagène, en utilisant le vecteur pont πSVPC13 comme cible.

Abstract

Singlet molecular oxygen (¹O₂), generated by the thermodissociation of the endope- roxide of 3,3’-(l,4-naphthylidene) dipropionate (NDPO₂), was detected using chemical traps and its mono- and bimolecular emission characteristics. A calibration for quantification of ¹O₂ was performed based on the ¹O₂ yield of NDPO₂ thermodissociation. Among the biological molecules examined, lycopene showed the highest ability to quench ¹O₂ (k = 31 × 10⁹M^-1 s^-1) followed by other carotenoids, bile pigments, tocopherols and thiols. Exposure of plasmid and bacteriophage DNA to ¹O₂ leads to strand breaks resulting in the loss of biological activity. The presence of biomolecules during ¹O₂ treatment greatly modulates the DNA damage. Enhancement of DNA damage was observed with most biological thiols. Our studies also revealed that ¹O₂ induces mutagenicity in a mammalian SV40-based shuttle vector, πSVPC13.