光触媒反応による細胞内DNAおよびタンパク質損傷機構の解明

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光触媒の医学・医療分野への応用が研究されている。人体に無害かつ安定な光触媒である二酸化チタン(TiO_2)は、有害微生物の除去に利用され、さらに、がん治療への応用も研究されている。その原理は、活性酸素生成等による生体分子(DNA、タンパク質、細胞膜等)の損傷と考えられるが、不明な点も多い。本研究では、TiO_2光触媒および光増感剤を含む広い意味での光触媒による生体分子の損傷機構を明らかにすることを目的とした。まず、TiO_2光触媒によるDNA損傷機構の解析においてチミンとグアニンの連続配列が高い頻度で損傷を受けることを明らかにした。また、その活性種には、光触媒反応で生成する過酸化水素とCu(II)の還元で生成するCu(I)が関与することを明らかにした。過酸化水素は、光触媒反応による直接的な生成の他、光触媒反応によるリン脂質膜やタンパク質等の酸化を介して、二次的に生成し、DNA損傷に関与する機構を明らかにした。生成した過酸化水素は、細胞膜、核膜を構成するリン脂質膜を透過して作用できることを確認し、上記のDNA損傷機構を支持する結論を得た。上記の研究において、生成する過酸化水素の量が微量なため、定量的な研究が困難であったが、簡便かつ安価に微量活性酸素を検出する蛍光定量法を開発し、光触媒の研究に応用できることを確認した。TiO_2の他、可視光応答光触媒であるポルフィリンSb(V)錯体、アルカロイド、フェノキサジン誘導体によるDNA損傷機構を明らかにした。さらに、光触媒、光増感剤を光治療へ応用した場合に問題となる光毒性に対する防護法を検討し、植物由来キサントン誘導体の消光作用による新しい化学防護機構を明らかにした。