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2017 Fiscal Year Research-status Report

Elucidation of roles of hydration for inducing DNA strand breakage by ionizing radiations

Research Project

Project/Area Number 17K00564
Research InstitutionNational Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology

Principal Investigator

藤井 健太郎  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (00360404)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
KeywordsDNA主鎖切断 / デオキシリボース / 脱離イオン
Outline of Annual Research Achievements

DNA主鎖骨格を形成するデオキシリボース(H-dR:C5H10O4)分子の薄膜に酸素K殻イオン化エネルギーを超えた560eVの軟X線を照射することによって、酸素原子を一つ含む5員環(フラノース環)中の少なくとも2つのC-CまたはC-O結合に切断が起こり、様々なフラグメントイオンが試料表面から脱離することが明らかになっている。ごく最近、dR分子内の酸素をイオン化した場合に生成する分子フラグメンテーションの結果、試料表面から脱離した正イオンの生成が、H-dR薄膜試料表面上に吸着した僅か1分子層の水によって、顕著に抑えられることが明らかになった。一方で、水和水分子の酸素の内殻電子をイオン化した場合は、水分子から周りの他の水分子、あるいはH-dR分子にプロトンが移動することを示唆する結果も得ている。このような水和水とH-dR分子との間で起こる、プロトン移動の相対的な頻度を明らかにするため、H-dR分子内のOH基の水素を重水素置換した部分重水素化dR(D3-dR)の薄膜を作成し、水和水を吸着させた場合に脱離するイオンの質量が、H-dR分子の場合と比較してどのように変化するかを観測した。
その結果、D3-dRでは、D+イオンの脱離は観測されないものの、H-dRにおいて観測された脱離イオンに加えて、質量数19のイオンの脱離が観測された。このイオンはHDO+あるいはH3O+イオンと同定されるが、H-dRの脱離において、H2O+イオンの顕著な増加がみられていないことから、これらの脱離種は、dR分子から水和水分子に向けてD+イオンが移動し、その後の分子間の緩和後に生成したと推察した。また、水和水として重水を吸着させる実験の準備のため、試料薄膜近傍に局所的な低真空雰囲気を再現するための試料噴霧機構の準備を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

デオキシリボース分子内の一部の水素を重水素化した試料についての実験はおおむね順調に進んでいる。
また、水和水として重水素を吸着させるための装置の準備も年度内に終了した。現在、装置の評価を行うと共に予備的な実験を行っており、平成30年度に行う実験の目途はついている。

Strategy for Future Research Activity

得られた成果は、5月にフランスで開催される、放射線DNA損傷に係る国際会議、および6月に台湾で開催される放射光科学に関わる国際会議において発表を行う。
今後は吸着分子として重水素を用いた実験を行い、水素移動過程についての詳細を明らかにする予定である。さらに、重水素化試料を用いた量子化学計算をピエールマリーキュリー大のPenhoat博士の協力のもと行う予定である。

Causes of Carryover

平成29年度内に予定した論文投稿費用の支払いが、出版社の都合により平成30年度になってしまったため、次年度使用額が生じた。
平成30年度における投稿費用の支払いについては、直ちに手続きを行っているところである。

  • Research Products

    (18 results)

All 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Roles of Hydration for Inducing Decomposition of 2-deoxy-D-ribose by Ionization of Oxygen K-Shell Electrons2018

    • Author(s)
      Kentaro Fujii, Yudai Izumi, Ayumi Narita, Krishina Ghose, Pable Lopez-Tarifa, Alain Touati, Riccardo Spezia, Rodolphe Vuilleumier, Marie-Pierre Gaigeot, Marie-Francoise Politis, Marie-Anne Herve du Penhoat, Akinari Yokoya
    • Journal Title

      Radiation Research

      Volume: 189 Pages: 264-272

    • DOI

      10.1667/RR14225.1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A significant role of non-thermal equilibrated electrons in the formation of deleterious complex DNA damage2018

    • Author(s)
      Takeshi Kai, Akinari Yokoya, Masatoshi Ukai, Kentaro Fujii, Tomohiro Toigawa, Rituko Watanabe
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 92 Pages: 660-664

    • DOI

      10.1039/C7CP06903K

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Circular dichroism spectroscopic study on structural alterations of histones induced by post-translational modifications in DNA damage responses: Lysine-9 methylation of H32017

    • Author(s)
      Yudai Izumi, Koichi Mastuo, Kentaro Fujii, Akinari Yokoya, Masaki Taniguchi, Hirofumi Namatame
    • Journal Title

      Journal of Radiation Research

      Volume: 59 Pages: 108-115

    • DOI

      10.1093/jrr/rrx068

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 電離放射線によって生じるDNA鎖切断 に対する水和水分子の役割2018

    • Author(s)
      藤井 健太郎, 横谷 明徳, M-A Herve du Penhoat, M-F Politis
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光円二色性分光によるメチル化ヒストンH3の構造解析2018

    • Author(s)
      泉 雄大, 松尾 光一, 藤井 健太郎, 横谷 明徳
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] VUV-CDスペクトル測定による DNA修復タンパク質 XRCC4の二次構造解析2018

    • Author(s)
      西久保 開, 泉 雄大, 藤井 健太郎, 松尾 光一, 松本 義久, 横谷 明徳
    • Organizer
      第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Secondary structural analysis of XRCC4 protein using HiSOR-VUVCD2018

    • Author(s)
      Kai Nishikubo, Yudai Izumi, Kentaro Fujii, K.Matsuo, Y.Yamamoto, Akinari Yokoya
    • Organizer
      The 22nd Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Radiation Damage to DNA Induced by K-shell Electron Ionizations2018

    • Author(s)
      藤井 健太郎
    • Organizer
      HiSORセミナー
    • Invited
  • [Presentation] 円二色性スペクトル法によるDNA2本鎖切断修復関連 タンパク質(XRCC4)の二次構造解析2017

    • Author(s)
      西久保 開, 泉 雄大, 藤井 健太郎, 松本 義久, 横谷 明徳
    • Organizer
      科学技術創成研究院 先導原子力研究所 研究交流・発表会
  • [Presentation] Structural Analysis of DNA Repair Protein (XRCC4) by Applying Circular Dichroism at Synchrotron VUV Beamline2017

    • Author(s)
      Kai Nishikubo, Yudai Izumi, Kentaro Fujii, Yoshihisa Matsumoto, Akinari Yokoya
    • Organizer
      第1回国際シンポジウム 「量子生命科学 -Quantum Life Science-」
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シンクロトロン放射を用いたCDスペクトル測定によるDNA修復タンパク質XRCC4の構造解析2017

    • Author(s)
      西久保 開, 泉 雄大, 藤井 健太郎, 松本 義久, 横谷 明徳
    • Organizer
      平成29年度KUR専門研究会
  • [Presentation] Ultrafast Proton Transfer between DNA-Sugar Molecule and Hydrated Water induced by K-Ionization of Oxygen2017

    • Author(s)
      藤井 健太郎, Marie-Francois Politis, Marie-Anne Herve du Penhoat, 横谷 明徳
    • Organizer
      第1回国際シンポジウム 「量子生命科学 -Quantum Life Science-」
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シンクロトロン放射を用いたCD スペクトル測定によるDNA 修復タンパク質XRCC4 の溶液中での構造解析2017

    • Author(s)
      西久保 開, 泉 雄大, 藤井 健太郎, 松本 義久, 横谷 明徳
    • Organizer
      日本放射線影響学会
  • [Presentation] STRUCTURAL ANALYSIS OF DNA REPAIR PROTEIN (XRCC4) APPLYING CIRCULAR DICHROISM IN AN AQUEOUS SOLUTION2017

    • Author(s)
      西久保 開, 泉 雄大, 藤井 健太郎, 松本 義久, 横谷 明徳
    • Organizer
      MICROS 2017 - 17th International Symposium on Microdosimetry 参加
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] DNA構成元素の内殻励起によって誘発されるDNA損傷の定量実験2017

    • Author(s)
      鯉渕 誠也, 藤井 健太郎, 横谷 明徳
    • Organizer
      平成29年度KUR専門研究会
  • [Presentation] Quantum Life Sciences in QST2017

    • Author(s)
      Akinari Yokoya, Tatsuhiko Imaoka, Takeshi Ohshima, Shinobu Onoda, Kenji Owada, Kentaro Fujii, Koichi Yamakawa, Motoyasu Adachi, Hironori Oba, Makiko Yamada, Hidetoshi Kono, Hiroshi Murakami, Noriyuki Ouchi, Yoshiteru Yonetani, Ryuji Igarashi, Yudai Izumi, Shigenori Tanaka, Mutshuko Hatano, Shigeki Takeuhi
    • Organizer
      第1回QST国際シンポジウム「量子生命科学 -Quantum Life Science-」
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fragmentation of Doubly-Ionized Deoxyribose.2017

    • Author(s)
      Marie-Annne Herve du Penhoat, Alexandre souchaudl, Rodolphe Vuilleumier, Marie-Piene Gaigeot, Kentaro Fujii, Akinari Yokoya, Marie-Francoise politis
    • Organizer
      第1回QST国際シンポジウム「量子生命科学 -Quantum Life Science-」
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synchrotron Radiation as a Quantum Tool for Studies of Radiation Damage to DNA and Resulting Cellular Responses2017

    • Author(s)
      横谷 明徳, 藤井 健太郎, 島田 紘行, 鵜飼 正敏, 神長 輝一, Kenji Owada, 町田 晃彦, 西村 由希子, 今岡 達彦
    • Organizer
      Conbio2017(生命科学系学会合同年次大会)

URL: 

Published: 2018-12-17  

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