A Significant role of non-thermal equilibrated electrons in the formation of deleterious complex DNA damage

有害な複雑DNA損傷の形成による非熱平衡化電子の重要な役割

甲斐 健師   ; 横谷 明徳*; 鵜飼 正敏*; 藤井 健太郎*; 樋川 智洋   ; 渡邊 立子*

Kai, Takeshi; Yokoya, Akinari*; Ukai, Masatoshi*; Fujii, Kentaro*; Toigawa, Tomohiro; Watanabe, Ritsuko*

放射線生物影響を誘発する複雑DNA損傷はエネルギー付与率の高い放射線トラックエンドで生成されやすいと考えられている。そのDNA損傷を推定するために、電子線トラックエンドにおける水の放射線分解最初期過程について、計算シミュレーションに基づいた理論的研究を実施した結果から、1次電子線照射によりDNA鎖切断を含む複数の塩基損傷が1nm以内に密に生成され得ることが示された。この複雑DNA損傷は損傷除去修復が困難である。更に、その複雑損傷部位から数nm離れた位置に2次電子により塩基損傷が誘発されることが示された。この孤立塩基損傷部位は損傷除去修復が可能であり、結果として鎖切断に変換されるため、1次電子線により生成された鎖切断と合わせ、最終的にDNAの2本鎖切断が生成され得る。この2本鎖切断末端は塩基損傷を含むために修復効率が低下し、未修復・誤修復により染色体異常のような生物影響が誘発されることが推測された。

It is thought that complex DNA damage which induces in radiation biological effects is formed at radiation track end. Thus, the earliest stage of water radiolysis at the electron track end was studied to predict DNA damage. These results indicate that DNA damage sites comprising multiple nucleobase lesions with a single strand breaks can therefore be formed by multiple collisions of the electrons within three base pairs (3bp) of a DNA strand. This multiple damage site cannot be processed by base excision repair enzymes. However, pre-hydrated electrons can also be produced resulting in an additional base lesion more than 3bp away from the multi-damage site. This clustered damage site may be finally converted into a double strand break (DSB) when base excision enzymes process the additional base lesions. These DSBs include another base lesion(s) at their termini that escape from the base excision process and which may result in biological effects such as mutation in surviving cells.