軟X線領域の分光学的手法を用いた放射線DNA分子損傷の分析

Analysis of DNA damage by soft X-ray spectroscopic method

藤井 健太郎; 横谷 明徳

Fujii, Kentaro; Yokoya, Akinari

電離放射線は、その線質あるいはエネルギーの違いによって物質との反応素過程が異なるため、線質の違いによりさまざまなDNA分子構造変化が生成される。このような線質とDNA損傷及びその後の修復についての関係を調べるため、われわれは放射線照射後にどのような分子変化が生じているかを明らかにすることを目的として研究を行っている。これまで、放射線照射中に生成する分解生成物の質量分析,照射後の最終生成物のX線吸収微細構造スペクトル分析、あるいは放射線照射中に生成するラジカル分析といった、放射光軟X線を照射しながらの分光学的「その場観察」による分析を行ってきた。これにより、放射線照射中に生じたイオン・ラジカル状態の詳細や、最終生成物のDNA分子構造変化の詳細が明らかなることが期待される。軟X線領域の放射線吸収により、DNAを構成する元素のK殻電子を電離・励起することができる。その特徴を利用して、照射する軟X線のエネルギーを選択して分析することにより、分子内の特定の元素に着目して照射による分子変化を分析することが可能となる。対象としてデオキシリボース,塩基,ヌクレオチドなどのDNA構成分子や、プラスミド(pUC18)DNA, Calf Thymus DNAを用い、それぞれに生じた分子変化の分析を行い、酵素的修復の難易性について、放射線の線質やエネルギーの違いに注目して考察を行った。

Ionizing radiation produces various molecular damages on DNA through the energy deposition to matter. The activities of the repair enzymes could be modified with the chemical structure of DNA damages. We have investigated the radiation effects to DNA using "in situ" spectroscopic methods; mass analysis of the products induced by photo-desorption, spectroscopic analysis for X-ray absorption near edge structure, and the measurement of electron paramagnetic resonance to detected DNA radicals. These analyses enable us to open discussion the ion or radical reaction during irradiation and the reaction pathway to the final product of the DNA molecule. On the other hand, we used not only synchrotron soft X-rays, but also hard X-rays and heavy ions as radiation sources. Then we try to clarify the molecular changes by measuring X-ray absorption near edge structure (XANES) irradiated DNA molecules. The K-shell electrons of the element of DNA molecules can be ionized or excited by the soft X-rays. Therefore we can analyze functional groups appeared in DNA molecules irradiated. We used DNA or related molecules (deoxyribose, nucleobases and nucleotides), plasmid DNA (pUC18) and calf thymus DNA as irradiated samples. We will discuss the relationship between the DNA damage and radiation quality in respect of repairbility of damages.