放射線生物影響の最初期過程に関する計算機シミュレーション; DNAの放射線損傷による電子状態への影響

Computer simulation of the first stage of radiation biological effects; Effects of radiation damage on the electronic state of DNA

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

Sekikawa, Takuya; Matsuya, Yusuke; Hwang, B.*; Ishizaka, Masato*; 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、は放射線輸送計算コードParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)を用いて放射線によって炭素線によって生成されるホールの数を計算し、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を計算した。その結果、少ないホール生成ではDNAのグアニン分子にトラップされる実験結果を再現し、大量のホール生成ではDNAの糖鎖分子とグアニン分子の混成軌道にトラップされる。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 biological effects of radiation are mainly caused by damage to this DNA. In this study, in order to theoretically investigate the transient changes in molecular structure until DNA damage is established, the number of holes produced by radiation-induced carbon beams was calculated using the Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS), and the number of holes produced by the first The first principle calculation software OpenMX was used to calculate the sites responsible for conformational changes and chemical reactions by targeting the DNA that produced the holes. As a result, the experimental result that a small number of holes are trapped in the guanine molecule of DNA is reproduced, while a large number of holes are trapped in the hybrid orbital of the sugar chain and guanine molecule of DNA. The results of this study are expected to contribute to the elucidation of the initial processes of radiation biological effects.