放射線誘起正孔がもたらすDNAの分子構造と電子状態変化の第一原理計算

First-principles calculations of molecular structure and electronic state changes in DNA induced by radiation-induced holes

関川 卓也; Hwang, B.*; 石坂 優人*; 松谷 悠佑*  ; 川井 弘之*; 大野 義章*; 佐藤 達彦   ; 甲斐 健師   

Sekikawa, Takuya; Hwang, B.*; Ishizaka, Masato*; Matsuya, Yusuke*; Kawai, Hiroyuki*; Ono, Yoshiaki*; Sato, Tatsuhiko; Kai, Takeshi

デオキシリボ核酸(DNA)はグアニン、シトシン、アデニン、チミンの多様な組み合わせによって生物の遺伝情報を担い、放射線生物影響は主にこのDNAの損傷に起因する。本研究ではDNA損傷が定着するまでの過渡的な分子構造変化を理論的に調べるため、第一原理計算ソフトウェアOpenMXを用いて、ホールを生成したDNAを標的として構造変化、化学反応を担う部位の挙動を解析した。その結果、ホールがDNAのグアニン分子にトラップされる事象を再現することを確認し、実験結果を再現することを明らかにするとともに、新たにDNA糖鎖が激しい分子揺らぎを示すことがわかった。本研究成果は、放射線生物影響の最初期過程の解明に貢献すると期待される。

Deoxyribonucleic acid (DNA) carries the genetic information of living organisms through various combinations of guanine, cytosine, adenine, and thymine, and radiation biological effects are mainly caused by damage to DNA. In this study, in order to theoretically investigate the transient molecular conformational changes that occur before DNA damage takes hold, we analyzed the behavior of the sites responsible for the conformational changes and chemical reactions by targeting the DNA that produced the holes using the first-principles calculation software OpenMX. As a result, it was confirmed that the holes reproduce the event of trapping in the guanine molecule of DNA, which reproduces the experimental results, and it was also newly found that the DNA sugar chain shows intense molecular fluctuation. The results of this study are expected to contribute to the elucidation of the first-phase process of radiation biological effects.