Quantum mechanism and regulation of radiation damage to DNA

DNA辐射损伤的量子机制及调控

• 批准号: 20H04338
• 负责人: 横谷 明徳
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04338/
• 关键词: ハロゲン化DNA; 放射線DNA損傷; 電子状態; シンクロトロン放射; 光電子分光; DNA損傷; 放射線増感; 光電子分光測定; 量子化学計算; SAC-CI理論; ハートリー・ホック法; DNA電子状態; 放射線増感効果; ハロゲン化DNA塩基; シンクロトロンX線; 価電子帯; バンドギャップ; 放射線; 軟Ｘ線分光; 放射線照射効果; X線光電子分光; 発光分光

本研究の目的は、ハロゲン化DNAを有する細胞の放射線増感メカニズムがハロゲン近傍のDNAの局所の電子物性変化という量子事象に根差している可能性を探る点にある。昨年度まで測定対象としてきたBrを含むDNA塩基(BrU)とそのヌクレオシド(BrdU)とヌクレオチド(BrdUMP)、フッ化ウラシル(FU)、塩化ウラシル(ClU)、ヨウ化ウラシル(IU)、およびハロゲンを含まないウラシル(U)の各塩基に加え、新たにフッ化ヌクレオシドのフルオデオキシウリジン(FdU)及びヌクレオチドのフルオデオキシウリジン１リン酸(FdUMP)を対象とした光電子分光(XPS)測定を実施した。2及び2.5keVの単色Ｘ線を励起光として用い、塩基とヌクレオシドについてはペレット(直径10 mm、厚さ0.3 mm)、ヌクレオチドについては水溶液(約200mg/mL)を金属板上に滴下した後乾燥した薄膜を試料とし、高エネルギー加速器研究機構・放射光実験施設のBL-27AでXPS測定を行った。その結果、Brの場合と同様にフッ素(F)も価電子帯の結合エネルギーをUの2.5eVと比較し1.0eVまで小さくする影響を与えるものの、Brのほぼ0eVに比べその効果は小さいことが分かった。一方SAC-IC理論による量子化学計算を実施し、実験データであるBrU及びチミン(T)の光電子スペクトルを極めて精度よく一致する結果を得たため、この成果を論文として出版した(Kurokawa et al. Chem. Phys. Lett. 2022)。またBrUに加えBrdU、BrdUMPの光電子分光測定結果についても、ハートリー・ホック法による分子軌道を量子化学計算した結果と比較し、その結果を論文として出版した(Hirato et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2023, in press)。

The purpose of this study is to use radioactive rays to increase the sensitivity of humanized DNA to cells. The physical properties of electrons changed by DNA's bureau are different, and the possibility of quantum events is different and the possibility is explored. Yesterday's year's test was carried out on the basis of the DNA base (BrU) and the DNA base (BrdU) of the year. (BrdUMP), フッ化ウラシル(FU),婩化ウラシル(ClU), ヨウ化ウラシル(IU), およびハロゲンをまないウラシル(U)のeach婩 basisに加え、新たにフッ化FdU and FdU The クレオチドのフルオデオキシウリジン1 リン acid (FdUMP) を対色としたphotoelectron spectroscopy (XPS) was used to measure the を実士した. 2 and 2.5keV single color mm), ヌクレオチドについては aqueous solution (approximately 200mg/mL) can be dropped on a metal plate and then dried to make a thin film The film sample was measured by XPS using BL-27A at the High-Tech Accelerator Research Institute and Radiation Light Facility.その results, Brの cases and the same 様にフッ element (F) も価electronic 帯のcombination エネルギーをUの2.5eVと comparison し1. 0eVまで小さくするeffectを与えるものの、Brのほぼ0eVに比べそのeffectは小さいことが分かった. One side SAC-IC theory and quantum chemical calculation を実士し, 実験データであるBrU and びチミン(T)のOptoelectronicsスペクトルを Extremely accurate and consistent する results をget たため、このresults をpaper としてpublished した(Kurokawa et al. Chem. Phys. Lett. 2022). Photoelectron spectrometry measurement results of BrU and BrdU and BrdUMP Law of Molecular Orbital Quantum Chemistry Calculation and Comparison of Results, Paper of Result and Publication (Hirato et al. Phys. Chem. Chem. Phys. 2023, in press).

项目成果

クラスターDNA損傷

簇DNA损伤

• 发表时间: 2022
• 作者: Asada Ryuta;Hirota Kouji;横谷 明徳
• 通讯作者: 横谷 明徳

ハロゲンドープにより金属化するDNA分子

通过卤素掺杂使 DNA 分子金属化

• 发表时间: 2023
• 作者: 横谷明徳;泉雄大;大原麻希;馬場祐治
• 通讯作者: 馬場祐治

Radiation damage processes explored based on physical property of electronic states of biological molecules（電子状態の物理学的理解による放射線生体分子変異プロセスの探索）

基于生物分子电子态物理性质探索辐射损伤过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Ooka Masato;Yang Shu;Zhang Li;Kojima Kota;Huang Ruili;Hirota Kouji;Takeda Shunichi;Xia Menghang;横谷 明徳
• 通讯作者: 横谷 明徳

軟X線XPSによるBr-ヌクレオチド分子の価電子状態計測とDNA分子内電荷移動機構

软X射线XPS测量Br核苷酸分子价态及DNA分子内电荷转移机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 平戸未彩紀;横谷明徳;馬場祐治;和田真一;芳賀芳範;藤井健太郎
• 通讯作者: 藤井健太郎

Electronic properties of DNA-related molecules containing a bromine atom

含有溴原子的 DNA 相关分子的电子特性

• DOI: 10.1080/09553002.2020.1800121
• 发表时间: 2020
• 期刊: International Journal of Radiation Biology
• 影响因子: 2.6
• 作者: Hirato Misaki;Onizawa Misato;Baba Yuji;Haga Yoshinori;Fujii Kentaro;Wada Shin-ichi;Yokoya Akinari
• 通讯作者: Yokoya Akinari