核酸の損傷を修復するメカニズムについての理論的研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09440211
• Research Institution: National Cancer Center Research Institute and Research Center for Innovative Oncology, National Cancer Center Hospital East
• Principal Investigator: 相田 美砂子 国立がんセンター, 研究所・生物物理部, 研究員 (90175159)
• Keywords: 非経験的分子軌道法 / 分子動力学 / 核酸 / 生体高分子 / チミン / チミンダイマー / ラジカルカチオン / ラジカルアニオン

Research Abstract

近紫外線のDNAへの照射は核酸塩基のイオン化をもたらす。塩基がイオン化された後に、どのような損傷が核酸に生ずるのかについて詳細に検討するために、各核酸塩基のヌクレオチドについて、それらの塩基から電子が一つ抜けた後のラジカルカチオンの構造と電子状態を非経験的分子軌道法によって求めた。各ヌクレオチドの最高被占軌道は塩基部分のπ軌道である。近紫外線相当のエネルギーでイオン化がおこり、そのπ軌道から一つ電子が抜けたラジカルカチオンが生成するが、さらに、5'側のリン酸基の一つのO原子と塩基の間に架橋が生成することが見い出された。この架橋生成が核酸塩基のイオン化によるDNA主鎖の損傷であるか、あるいはそれに至る一つの中間体であると考えられる。
核酸の4種の塩基の中では、特にチミンに電子が集まりやすいことが知られている。ところが、核酸塩基単独での非経験的分子軌道法計算では、実測されているような電子分布をもつアニオンは安定には存在しない。そこで、チミンが単独に存在する場合とまわりに水分子が存在する場合とについて、そのアニオンへのなりやすさとアニオンにおける電子分布の特徴を非経験的分子軌道法を用いて明らかにした。
核酸や蛋白質の構造は、相互作用している他の部分の存在によって変化するので、分子動力学法計算を実行するためには、そのような変化を表現できるポテンシャル系を使うことが重要である。独自に導出しているポテンシャル系はこのような核酸や蛋白質の構造変化を表現することができ、生体高分子の特異的相互作用の解明に重要な役割を果たすことができる。巨大な生体高分子間相互作用のシミュレーションが可能になるように、プログラムの改良を行った。

Research Products

• [Publications] Misako Aida: "Derivation and assessment of a new set of ab initio potentials and its application to molecular dynamics simulations of biological molecules in vacuo,in crystal and in aqueous solution" Computational Chemistry:Reviews of Current Trends.
• [Publications] Misako Aida: "An ab initio MO study on fragmentation reaction mechanism of thymine dimer radical cation" Journal of the American Chemical Society.