Ce travail concerne les mécanismes photoinduits d’une flavoprotéine appartenant à la famille des cryptochromes et photolyases (CPF) : la photolyase (6-4). En utilisant de la lumière bleue cette protéine répare un dommage de l’ADN induit par les UV, le photoproduit (6-4). Nous avons étudié cette photoreparation ainsi qu’une autre réaction photoactivée que la photolyase utilise pour réduire son cofacteur flavine, la photoactivation. Nous avons faits nos études en utilisant la photolyase (6-4) de Xenopus laevis. Nous avons étudié la photoréduction du chromophore FADox de l’enzyme par spectroscopie d’absorption transitoire femtoseconde polarisée. Nous avons observé un transfert d’électron ultrarapide (~400 fs) après excitation du chromophore FADox. Nous avons caractérisés un résidu tryptophane comme réducteur. Nous avons cherché de distinguer entre les différents tryptophanes présents dans le site de photoactivation par des mesures d’anisotropie. Les résultats obtenus suggèrent que le mécanisme de transfert d’électron dans la photolyase n’est pas compatible avec le mécanisme supposé chez les photolyases qui consiste des transferts d’électron de long d’une chaine de trois résidus tryptophane. Grâce à des trains d’impulsions courtes, nous avons démontré que la photolyase (6-4) répare l’ADN par un mécanisme à deux photons successif. Le premier photon sert à convertir le défaut (6-4) en un intermédiaire métastable, X, qui a une durée de vie de ~2 min. Un second photon absorbé pendant cette durée de vie permet d’achever le cycle de réparation. / We studied the light-induced reactions of the (6-4) photolyase, a flavoenzyme of the cryptochrome/photolyase family that repairs the UV-induced (6-4) photodamage in DNA with the aid of blue light. We studied this photorepair reaction as well as the light-induced cofactor reduction called photoactivation that the enzyme uses to bring itself to a repair-active state in the (6-4) photolyase from Xenopus laevis. We have studied the photoactivation of the FADox cofactor of the enzyme using femtosecond polarised transient absorption spectroscopy. We observed a sub-picosecond electron transfer (~400 fs) after excitation of the FADox cofactor. We were able to characterise a tryptophan residue as the electron donor. We sought to differentiate the spectroscopically identical but differently oriented tryptophan residues within the protein’s photoactivation site by transient anisotropy measurements. Our results suggest that the photoactivation mechanism is not fully compatible with the mechanism thought to be conserved among photolyases: an electron transfer mechanism via electron hopping along a chain of three highly conserved tryptophan residues.Using series of single turnover flashes, we have found that the repair reaction proceeds by a successive two-photon mechanism. The first photon converts the (6-4) lesion into a metastable intermediate X, the lifetime of which is ~2 min. Absorption of a second photon within the lifetime of X results to the restoration of intact nucleobases. In light of our findings, the reaction was also studied by femtosecond transient absorption spectroscopy.

Chez les spores de bactéries, le photoproduit le plus abondant formé dans l'ADN irradié par les UV est un dimère de thymines appelé Photoproduit des spores (SP, 5-(a-thyminyl)-5,6-dihydrothymine). Au début de la germination, ce photoproduit est spécifiquement réparé par une enzyme, la Spore Photoproduct Lyase (SPL), régénérant les deux résidus thymine originaux. Cette enzyme est une protéine Fe-S qui appartient à la famille des « Radical-SAM ». Les protéines de cette famille d'enzymes possèdent un centre [4Fe-4S], coordiné par 3 cystéines conservées organisées selon le motif CxxxCxxC, et utilisent la SAdénosylméthionine comme cofacteur. Elles fonctionnent toutes selon un mécanisme <br />radicalaire, initié par la formation du radical 5'-désoxyadénosyle issu de la coupure homolytique de la S-Adénosylméthionine par le centre [4Fe-4S] réduit. Dans ce travail, nous avons effectué une caractérisation biochimique et spectroscopique des SPL de Clostridium acetobutylicum et Bacillus subtilis. Par ailleurs, nous avons synthétisé un substrat minimum sous la forme d'un dinucléoside monophosphate appelé SPTpT, pour lequel une caractérisation structurale par RMN a été réalisée. Le SPTpT est reconnu et efficacement réparé par l'enzyme, ce qui nous a permis d'obtenir de nouvelles informations sur le mécanisme enzymatique de réparation. Enfin, la séquence primaire des SPL contient une 4e cystéine conservée, essentielle à la réparation, mais qui n'est pas impliquée dans la coordination du centre [Fe-S]. Nous nous sommes intéressés au rôle de cette cystéine dans le mécanisme de réparation grâce à l'étude biochimique et enzymatique du mutant SPLC141A.

Le rayonnement UV solaire induit des modifications de la structure chimique des bases nucléiques de l'ADN essentiellement au niveau de site dipyrimidinique et conduit principalement à la formation des adduits cyclobutanique et (6-4). Ces adduits sont impliqués dans le photovieillisement et le cancer cutané. Les adduits (6-4) sont potentiellement les plus dangereux en raison de leurs propriétés mutagènes intrinsèques.La conformation de l'ADN représente l'un des facteurs gouvernant la formation de l'adduit (6-4). Afin, d'identifier les paramètres structuraux favorisant sa formation, des analogues du dinucléotide de thymine, de conformation choisie, ont été synthétisés. Les modifications chimiques apportées au sein des dinucléotodes ont permis de déplacer l'équilibre conformationnel Nord/Sud du désoxyribose de la thymidine, vers une conformation majoritaire souhaitée. Une analyse structurale par dichroïsme circulaire et une étude préliminaire de photoréactivité ont été réalisées sur ces dinucléotides modifiés. Les résultats obtenus révèlent l'implication de formes minoritaires empilées de ces dinucléotides dans la formation de l'adduit (6-4). De plus, l'étude photochimique montre que l'augmentation de conformères Nord et Sud du dinucléotide aux extrémités 5' et 3', respectivement, favorise la formation de l'adduit (6-4). Cependant, une conformation totalement contrainte Nord et Sud aux extrémités 5' et 3', respectivement, défavorise sa formation.Ces résultats ont permis d'identifier une conformation augmentant le rendement de formation de l'adduit (6-4) et permettront de concevoir de nouveaux modèles conduisant à la formation exclusive de ces adduits. Ces modèles pourront être utilisés en biologie en vue d'applications thérapeutiques ou comme outil en biophysique afin d'élucider le mécanisme de formation de cet adduit. / Exposure of DNA to solar UV light induces chemical modifications on its nucleic bases that are responsible for photoaging and skin cancer. Two major DNA photoproducts class exist: cyclobutane and (6-4) adducts. The latter is intrinsically more mutagenic than the cyclobutane adduct and therefore potentially more dangerous.DNA conformational parameters influence (6-4) adducts formation. To identify structural factors governing (6-4) adduct formation; we synthesized dinucleotides endowed with a specific conformation. Nucleoside moieties exist in a dynamic equilibrium between North and South conformation. Nucleoside conformational changes have been introduced by chemical modifications to obtain desired conformations. Then a structural study by circular dichroism correlated with photochemical study was done. It showed that minor stacked conformers promote (6-4) adduct formation. Moreover, the photochemical study reveals that the increase of North and South conformers at the 5' and 3' end, respectively, increased (6-4) adduct formation but a locked dinucleotide almost precluded (6-4) adduct formation. This result helps to design new models favoring (6-4) adduct formation. Understanding the conformational parameters that govern (6-4) adduct formation will facilitate the development of new therapeutic strategies and the elucidation of the (6-4) adducts formation mechanism.