Radical oxidation of pyrimidine nucleosides

Résumé: La formation d'hydroperoxydes de la thymidine est la conséquence primaire la plus importante de l'oxydation de l'ADN induite par radiations ionisantes en milieu aqueux oxygéné. Par synthèse, huit isomères -hydroxyhydroperoxydes de la thymidine ainsi que l'hydroperoxyméthyl-5 désoxy-2' uridine ont été obtenus et caractérisés par les paramètres thermodynamiques de leur décomposition et les produits stables caractéristiques obtenus indiquent deux voies possibles de décomposition. Les isomères hydroxy-5 hydroperoxyle-6 de la thymidine passent par un intermédiaire dioxétane conduisant à la formation de produits stables nouveaux. Les isomères hydroperoxy-5 hydoxyl-6 passent plutôt par un réarrangement tautomérique de type "chaine-cycle" donnant presque quantitativement des hydantoines comme produits stables. La chimie des radicaux cationiques des composants de l'acide nucléique est une conséquence importante de l'effet des radiations ionisantes sur l'ADN. Ces mêmes radicaux sont aussi générés en solution aqueuse par une réaction photochimique utilisant un sensibilisateur, la méthyl-2 naphtoquinone-1,4. Les études cinétiques ainsi que les analyses détaillées des différents produits obtenus ont été effectuées pour la thymidine, la désoxy-2' cytidine et le méthyl-5 désoxy-2' cytidine. Les radicaux cationiques de ces produits réagissent préférentiellement par l'hydratation au niveau du C(6) de la pyrimidine. De plus, ces mêmes radicaux provenant des dérivés de la cytidine peuvent se condenser avec les radicaux superoxydes. Les produits stables provenant des radicaux cationiques sont les glycols-5,6, les produits provenant de la scission entre les carbones C(5)-C(6) et dans le cas des dérivés de la cytidine, scission entre C(4)-C(5). Une autre voie possible est la déprotonation conduisant à des espèces neutres. Cette perte de proton se produit préférentiellement sur le groupement méthyle de la base mais peut aussi se produire au niveau du carbone C(l') du sucre. Plusieurs différences entre l'effet direct (les radicaux cationiques) et indirect (les réactions impliquant le radical hydroxyle) sont aussi discutées.||Abstract : The radical-mediated oxidation of thymidine into hydroperoxides is the primary and most important consequence following the exposure of DNA to ionizing radiation. Eight isomeric B-hydroxyhydroperoxides of thymidine and 5-hydroperoxy-2'-deoxyuridine were isolated from synthetic methods and their structures are analyzed by 1H and 13C-NMR. The thermochemical parameters of their decomposition and analysis of the decomposition products in aqueous solution reveals two distinct modes of decomposition of the eight isomeric hydroperoxides. The 5-hydroxy-6-hydroperoxides of thymidine decompose by way of a dioxetane intermediate yielding navel compounds. The 6- hydroxy-5-hydroperoxides decompose by ring-chain tautomerism leading to stable hydantoin products. The radical cations of pyrimidine nucleosides are generated in aqueous solutions by photochemical electron transfer using 2-methyl-1,4- naphthoquinone as an electron affinic sensitizer. The kinetics and detailed product analysis of this reaction are carried out for thymidine, 2'-deoxycytidine and 5-methyl-2'-deoxycytidine. The radical cations of these compounds were found to undergo mainly addition of water at C(6) which leads to intermediate peroxyl radicals. As well, the radical cations of cytidine derivatives are proposed to combine with superoxide ions. The stable products of these pathways include 5,6- glycols, C(5)-C(6) fragmentation products and in the case of cytidine derivatives, products which arise from initial C(4)-C(5) cleavage. The second pathway of pyrimidine radical cations involves spontaneous deprotonation to give neutral species. Deprotonation takes place at the C(5) methyl substituent and to a lesser extent at the C(l') of the sugar moiety. The stable products arise from intermediate peroxyl radicals of these neutral species. Photosensitization by 2-methyl-1,4- naphthoquinone of pyrimidines is an ideal model to access the effect of directly ionizing nucleic acid components which takes place upon irradiating DNA with ionizing radiation. Several differences with reactions mediated by hydroxyl radicals are discussed