メゾスコピック生体系レーザー光誘起電子移動過程の解析と応用

激光光致电子转移过程在介观生物系统中的分析及应用

基本信息

批准号：
05J09636
负责人：
田仲真紀子
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09636/
关键词：
電子移動 DNA ポルフィリンダイマー電荷分離状態 NAD^+類縁体 NADH 活性酸素種 DNA切断

项目摘要

生体内の最重要分子であるDNAはフリーラジカルや酸化剤などにより損傷を受け、この損傷が癌や老化の原因となっていると考えられている。そのためこのDNA損傷メカニズムの解明は、病気の治療法や予防の観点からも重要である。一方でDNA内の電子移動反応についてはBartonらによって長距離電子移動の観測が報告されたことにより、その可能性について数多くの研究がなされているが、未がに分かっていない基本的な電子移動特性も多い。そこで本研究ではまず、生体内の重要な補酵素であるNADHに、近紫外線領域の光を照射することにで発生する活性酸素種によってDNAが損傷される過程の、これまで解明されていなかったメカニズムについて検討した。その結果、ラジカル連鎖反応による活性酸素種の発生とそのDNA切断に関わる種の同定など、詳細を明らかにすることができた。また、嫌気条件下でNADHに光照射した場合には、酸素存在下よりも効率的にDNAが還元的に損傷されることを見いだし、生体内物質との光誘起分子間電子移動反応によってDNAが還元的に損傷されることをはじめて明らかにした。さらにこのNADHの酸化型であるNAD^+の類縁体をDNAに挿入し、このNAD^+類縁体を電子アクセプター、DNAの主溝に結合するルテニウム錯体を電子ドナーとして用いて、DNA反応場中での分子間、分子内の光誘起電子移動特性について検討を行った。またその結果をふまえてDNAと同様にπスタックしたポルフィリンダイマー中にNAD^+類縁体であるアクリジニウムイオンを挿入することによってπ錯体を形成させ、πスタック中での光誘起電子移動特性について詳細に検討しその非常に長寿命の電荷分離状態を検出した。このような本研究の成果は、今後の医療および新しいナノマテリアル開発への応用展開をはかる上で、基盤となる重要なものであると言える。

DNA是体内最重要的分子，被自由基和氧化剂损坏，人们认为这种损害是癌症和衰老的原因。因此，从治疗和预防疾病的角度来看，阐明这种DNA损伤机制很重要。另一方面，如Barton等人报道，已经对DNA内电子转移反应的可能性进行了许多研究。已经进行了远程电子传输观测值，但也有许多尚不清楚的基本电子传递特性。因此，在这项研究中，我们首先检查了以前不清楚的过程，该过程的机制被活性氧通过纳德（NADH）受到损害的过程，纳德（NADH）是活体中重要的辅酶，在近硫酸盐区域中具有光线。结果，揭示了诸如通过自由基链反应产生活性氧的细节以及对其DNA裂解中涉及的物种的鉴定。此外，当在厌氧条件下辐照NADH时，与存在氧气相比，DNA更有效地降低，并且首次发现DNA被带有光诱导的与体内物质的异物间电子转移反应减少了DNA。此外，将NAD^+的类似物（一种氧化的NADH形式）插入DNA中，NAD^+类似物被用作电子受体和一种与DNA的主要凹槽作为电子供体结合的ruthenium络合物，并调查了分子与内核分子之间的光诱导的电子传递性。基于结果，通过将NAD^+类似物cridinium离子插入卟啉二聚体中形成π络合物，该二聚体以与DNA相同的方式堆叠，并详细检查了光诱导的电子传递特性，并检测到了非常长的寿命的电荷分离状态。这项研究的结果是医疗和新纳米材料开发中未来应用的重要基础。