Multiscale Simulations of the Nucleosomal DNA : mapping the Radical Cation Guanine

Simulations multi-échelles de l'ADN nucléosomal : cartographie du cation radical guanine La particule de coeur du nucléosome (NCP) est un système complexe découvert dans les années 70 et qui n'a jamais cessé d'être étudié depuis. Elle est composée d’un brin d’ADN de 146-147 paires de bases enroulé autour d’un cœur protéique de 8 histones. Cette structure permet la compaction de l’ADN au sein de la chromatine. Principalement en raison de ses variantes de structure et de ses modifications post-traductionnelles, elle joue un rôle important dans différents processus biologiques tels que le la transcription génique, la réponse aux dommages de l'ADN ou encore la ségrégation des chromosomes. Le cœur d’histones et leurs queues, intrinsèquement désordonnées et très positivement chargées, contraignent l’ADN et créent un environnement hétérogène. Les propriétés chimiques des bases nucléiques peuvent en être affectées, entre autres vis-à-vis des phénomènes d’oxydation et de la formation des dommages associés. Dans ce travail de thèse, nous avons étudiés les conditions favorables à l'apparition de dommages oxydatif au sein du NCP à l’aide d’outils de chimie computationnelle. Nous avons d'abord conçu un protocole de simulation pour étudier les fluctuations du potentiel d'ionisation (IP) de la guanine en fonction de son environnement, la guanine étant la base azotée la plus sensible à l’oxydation. Nous avons produit 20 µs de simulations de dynamique moléculaire classique (MM MD), ce qui nous a permis de constituer un échantillonnage conformationnel important du NCP. Le long de ces simulations, nous avons effectué des calculs hybrides quantique/classique QM/MM pour calculer les IP. Nous avons notamment mis en évidence que la proximité de lysines et d’arginines des queues d’histones modifie significativement l’IP des guanines. Cet effet module l’impact de la séquence ADN sur l’ionisation de la guanine ce qui souligne l’importance de la prise en considération de l’environnement et de sa dynamique. Ensuite, nous nous sommes principalement concentrés sur les réticulations ADN-protéines (DPC) survenant après l’oxydation d’une séquence riche en guanine, en collaboration avec le groupe du Pr. Marc Greenberg (Johns Hopkins University, USA) qui mène des recherches sur la détection et la caractérisation des dommages de l'ADN-N. A partir de MM MD, nous avons montré une forte similarité entre les résidus impliqués dans les DPC expérimentalement et le taux d’interactions lysine-guanine dans nos simulations. Au contraire, les calculs QM/MM des IP des guanines ne permettent pas de distinguer un site d’oxydation préférentiel.