Des chercheurs dirigés par Regina de Vivie-Riedle, professeur de chimie théorique à LMU Munich, ont trouvé des indications pour un mécanisme indépendant de la base qui peut diminuer la photostabilité de l'uracile de la base d'ARN.

Les briques de la vie, à savoir les cinq nucléobases adénine, guanine, cytosine, thymine et uracile qui composent le code génétique, sont susceptibles d'être endommagés par les rayons UV. Après photoexcitation, ils peuvent subir des réactions chimiques avec leurs voisins dans un brin d'ADN ou d'ARN, provoquant des mutations dangereuses qui finissent par augmenter le risque de cancer de la peau.

Heureusement, les cinq nucléobases ont des moyens de dissiper rapidement l'énergie déposée dans l'état excité critique. Ce processus de relaxation se produit sur une échelle de temps femtoseconde, plus rapidement que des réactions chimiques concurrentes peuvent se produire, évitant ainsi les dommages photo dans la plupart des cas. L'obstruction de ces voies ultrarapides augmente le risque de formation de photoproduits nocifs, puisque la nucléobase reste dans l'état excité plus longtemps.

Jusqu'à maintenant, une telle relaxation retardée dans l'état fondamental a été principalement attribuée à la délocalisation des états excités à travers plusieurs nucléobases. Le professeur Regina de Vivie-Riedle et son équipe de recherche au LMU ont maintenant trouvé des indications pour un autre mécanisme qui peut se produire sur une seule nucléobase, sans avoir besoin de délocalisation de l'état excité. En utilisant des méthodes dynamiques quantiques de pointe qui prennent en compte l'environnement complexe de l'ARN, ils ont découvert que l'influence stérique du brin d'ARN peut obstruer le mouvement moléculaire nécessaire à la relaxation ultrarapide de l'uracile et piéger la nucléobase à l'état excité pendant plusieurs picosecondes, suffisamment longtemps pour que des réactions chimiques nocives se produisent. L'œuvre apparaît dans le Journal de l'American Chemical Society .

En considérant différentes séquences de bases dans leurs simulations, ils ont également cherché à savoir si des combinaisons spécifiques de bases nucléiques voisines diffèrent dans leurs effets sur la photostabilité de l'uracile. Les résultats indiquent que le mécanisme décrit est un effet assez général de l'environnement de l'ARN moléculaire, et se produit indépendamment de toute séquence de bases particulière.

L'utilisation de simulations informatiques permet d'isoler les effets de différents facteurs, dont certains peuvent être inaccessibles à l'investigation expérimentale. Les modèles théoriques permettent donc une compréhension plus complète de la nature et font partie intégrante de la chimie moderne. L'effort de calcul pour cette étude était considérable, et les auteurs remercient chaleureusement les ressources fournies par le Leibniz Supercomputing Center de Garching.