Radiosensitivity of plasmid DNA: role of topology and concentration

¹ CNRS UMR 218, LRC-1 du CEA, Institut Curie, Section de Recherche, 26 rue d'Ulm, 75248 Paris cedex 05, France
² CIRIL, CNRS/CEA, rue Claude Bloch, BP 5133, 14070 Caen cedex 05, France

Abstract

Using the plasmid relaxation assay, the induction of single strand breaks (SSB) by ionizing radiation was investigated in two plasmids of different length, pBS and pSP189. The dose-response was linear for both plasmids but pSP189 exhibited a three times higher sensitivity than pBS. This disparity may be explained by a reduced accessibility to hydroxyl radicals due to a different topology of each plasmid, i.e. degree of compaction, as observed with electron microscopy. pBS plasmid was also exposed at various DNA concentrations to rays. The yield of SSB decreased with increasing concentration, suggesting a diminution in the amount of hydroxyl radicals efficient for radiolytic attack. This effect of concentration was also observed with densely ionizing radiation. In conclusion, the accessibility of DNA is a key-parameter in the formation of damage in vitro and in vivo as well.

Résumé

En utilisant la technique de relaxation de plasmide, l'induction de cassures simple brin (SSB) par les radiations ? a été comparée dans deux plasmides de taille différente, pSP189 et pBS. La relation dose-effet est linéaire pour les deux plasmides, mais il se forme trois fois plus de SSB dans pSP189 que dans pBS. Cette disparité semble pouvoir être reliée au degré de compaction différent des plasmides, observé en microscopie électronique. Elle s'expliquerait en terme d'accessibilité aux espèces radicalaires formées lors de la radiolyse de l'eau. Le plasmide pBS, à différentes concentrations, a été ensuite exposé aux radiations γ. Le taux de cassures décroit lorsque la concentration en ADN croit, suggérant une diminution du nombre de radicaux pouvant efficacement réagir avec l'ADN. Cet effet a également été mis en évidence lors d'une irradiation avec des particules de TEL élevé. En conclusion, l'accessibilité de l'ADN est un paramètre- clé dans la formation des dommages, tant in vitro que in vivo.