2022 Fiscal Year Research-status Report
放射線DNA損傷を制御する酸素分圧機構の計算モデル構築
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21K12116
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
阿蘇 司 富山高等専門学校, その他部局等, 教授 (30290737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 正憲 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (00334714)
平野 祥之 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (00423129)
藤原 進 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (30280598)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | DNA損傷 / トリチウム / Geant4-DNA / モンテカルロシミュレーション / 間接作用 / 量子化学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線によるDNA損傷では、高い酸素量の条件下で損傷が生じやすい酸素効果が知られている。本研究では、原子レベルのモンテカルロシミュレー ションを用いて、酸素がDNA損傷に与える機構とその影響を調べることを目的とする。昨年度までの成果を用いて令和４年度は、(1) 直接作用と間接作用の相互割合についての評価、(2)ハイドロキシルラジカルがDNA分子の水素引抜き反応を起こす活性化エネルギーを量子化学計算を用いて評価、そして(3)酸素分圧をシミュレーションに追加する機能開発と評価を実施した。下記にこれらの研究実績の概要を示す。
(1)直接作用のエネルギー閾値に、水のイオン化ポテンシャル(10.79eV)を適用すると、間接作用の寄与は、全体の約３割であった。他研究の計算条件（KURBUC)を参考に、エネルギー閾値17.5eVを適用すると、全体の約９割が間接作用に起因する結果となった。閾値の厳密な絶対値は未だ確定しておらず、高い閾値が既存の測定結果を後押しすることを確認した。
(2)量子力学計算を用いて、ヒドロキシルラジカルがヌクレオチドの水素引抜き反応を起こす際に必要な活性化エネルギーを1'から5''までの各水素で求めたところ、全て8kcal/mol以下であった。間接作用の損傷確率は、前年度成果で得られた水素へのラジカルのアクセス頻度と活性化エネルギーの大きさから考察できる。活性化エネルギーは充分に低く、アクセス頻度が損傷確率に大きな影響を与えることを示唆している。
(3)シミュレーションへの酸素分圧を考慮する機能を組み込み、各酸素分圧におけるラジカル種の発生数を解析した。酸素分圧を変化させた場合でも、ヒドロキシルラジカルの濃度およびその時間変化に差異はないことが確認された。一方で、溶存酸素によってスーパーオキサイドアニオンが生成されることが分かった。次年度は、この点の詳細を研究する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
DNA分子レベルでのシミュレーションが行える環境が整い、DNA分子の原子レベルで損傷を評価する手法についても概ね開発が完了している。更に、酸素分圧を導入することができるシミュレーションの機能開発も概ね完成しており、最終年度にて酸素分圧のさまざまな条件下において、その効果を評価するシミュレーションを行う段階に達している。今年度の研究成果を、次年度に国内外の学会で発表するための準備を進めている。以上の経緯から、研究は概ね順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
R4年度までに得られた成果をもとに、酸素分圧を変えた場合のシミュレーション計算を行い、DNA損傷に与える影響を評価する。研究分担者らによる分子動力学計算結果や測定における知見に基づいて、シミュレーション条件を設定する。特に、これまではハイドロキシルラジカルによる間接作用を主に評価してきたが、スーパーオキサイドアニオンに代表される高い溶存酸素下で発生するラジカル種に関しても、シミュレーションを行ってDNA損傷への酸素の影響を評価する。
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| Causes of Carryover |
着実に研究成果を得ているものの、成果発表のために予定していた国外での国際学会への出席が、現地参加を検討はしたが、円安や航空券の高騰によりオンライン参加にせざるを得なかった。そのため予定していた旅費からの残額が生じた。しかしながら、次年度には引き続き、国際学会での発表を予定している。国際航空券の価格も落ち着きは取り戻しつつあるが、当初予定金額の見積りよりは値上がり傾向にあることから、次年度の助成金と合算することで国内外の国際学会の成果報告を円滑に行うために利用する。国際学会を含めた場において研究成果を発表することにより、国内外の研究者からの意見を収集して本研究の最終的なまとめを行う予定である。
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