First-principles calculations of DNA irradiated with a proton and a carbon ion beam

陽子線・炭素線を照射されたDNAの第一原理電子状態計算

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。本研究では重粒子・イオン輸送コードPHITSと第一原理計算ソフトウェアOpenMXを用いて、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た。その結果、DNAの化学反応部位が遺伝情報を担うグアニン・シトシンからDNA全体を支える糖鎖に移行すること、新たにDNA糖鎖が激しい分子揺らぎを示すことを明らかにした。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。

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 this DNA. In this study, we theoretically investigated the transient molecular conformational changes that occur before DNA damage takes hold, using the heavy particle and ion transport code PHITS and the first-principles calculation software OpenMX. As a result, it was clarified that the chemical reaction site of DNA shifts from guanine and cytosine, which carry genetic information, to the sugar chain, which supports the entire DNA, and that the new DNA sugar chain shows intense molecular fluctuations. The results of this study will contribute to the elucidation of the initial process of radiation biological effects.