Theoretical Study on Repair Mechanisms of DNA Damages

DNA损伤修复机制的理论研究

基本信息

项目摘要

When DNA is exposed to radiation at wavelengths of about 260 nm, adjacent phyrimidines become covalently linked by the formation of a four-member ring structure resulting from the saturation of their respective C5 . C6 double bonds. The structure formed by this photochemical cycloaddition is referred to as a pyrimidine dimer. In this study, we investigated 1) the structures of the homo- and hetero-pyrimidine dimers by means of HF, CASSCF and dft methods and the process of the dimer splitting by means of CASSCF method, and 2) the conformational change of DNA with pyrimidine dimer by means of molecular dynamics.It is found that the dft structure of pyrimidine dimer is very close to the HF and CASSCF structures. T, he ring fusion at the C5 and C6 atoms leads to the puckered four-member cyclobutane ring. The four bonds and the four angles in the cyclobutane ring are almost equal. The puckering has axial or equatorial directions for the substituent atoms on the cyclobutane ring: corresponding atoms on the two pyrimidine bases differ in directionality. Upon ionization, the C6-C6' bond becomes very long, corresponding to a bond with only one electron. Calculations at the level of CASSCF indicate that the fragmentation reaction of the thymine dimer radical cation is a stepwise process and may proceed easily with low energy barriers once an electron is removed from the thymine dimer. The puckering of the four-member ring in the thymine dimer determines the direction of the electron movement along the fragmentation. Taking account of the molecular environment of pyrimidine dimer (DNA and solvent environments) , the molecular dynamics simulations have been performed.
当DNA在约260 nm的波长下暴露于辐射时,相邻的苯胺胺通过其各自的C5饱和而形成的四成员环结构的形成与之共价连接。 C6双键。该光化学环加成形成的结构称为嘧啶二聚体。在这项研究中,我们研究了1)通过HF,CASSCF和DFT方法的同型和异质 - 吡啶二二聚体的结构,以及通过CASSCF方法分裂的二聚体分裂的过程,以及2)DNA通过分子动力学和DFRIMID dimf def to dft and Cossf to dft and dfer的构象变化。结构。 t,他在C5和C6原子上的环融合导致裂开的四成员的环形烷环。环丁烷环中的四个键和四个角度几乎相等。裂缝具有环丁烷环上取代原子的轴向或赤道方向:两个嘧啶碱基上的相应原子在方向性上有所不同。电离后,C6-C6'键变得很长,对应于仅具有一个电子的键。 CASSCF水平的计算表明,胸腺二聚体自由基阳离子的片段化反应是一个逐步过程,一旦将电子从胸腺胺二聚体中取出,就可以轻松地使用低能屏障进行。胸腺二聚体中四成员环的裂解决定了电子运动沿碎片的方向。为了考虑嘧啶二聚体(DNA和溶剂环境)的分子环境,已经进行了分子动力学模拟。

项目成果

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Misako Aida: "Ab initio MD simulations on the hydrolysis of methyl chioride with explicit consideration of 3 water molecules" Chemical Physics Letters. 292. 474-480 (1998)
Misako Aida:“从头开始 MD 模拟氯甲烷水解,明确考虑 3 个水分子”《化学物理快报》。
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M. Aida, M. Kaneko and M. Dupuis: "Radiation-induced DNA damage and repair : an approach from ab initio MO method"Computational Molecular Biology. 211-243 (1999)
M. Aida、M. Kaneko 和 M. Dupuis:“辐射诱导的 DNA 损伤和修复:从头开始 MO 方法的方法”计算分子生物学。
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M.Aida: "Ab initio MD simulations on the hidrolysis of methyl chloride with explicit consideration of 3 water molecules"Chemical Physics Letters. 292. 474-480 (1998)
M.Aida:“从头开始 MD 模拟氯甲烷水解,明确考虑 3 个水分子”《化学物理快报》。
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H. Yamataka and M. Aida: "An ab initio MO study on the hydrolysis of methyl chloride with explicit consideration of 13 water molecules"Chemical Physics Letters. 289. 105-109 (1998)
H. Yamataka 和 M. Aida:“关于氯甲烷水解的从头开始 MO 研究,明确考虑了 13 个水分子”《化学物理快报》。
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