Multiple DNA damages induced by water radiolysis demonstrated using a dynamic Monte Carlo code

DNA水溶液中の放射線分解化学種によって生じる多重DNA損傷の計算論的実証

甲斐 健師   ; 樋川 智洋   ; 松谷 悠佑*  ; 平田 悠歩   ; 土田 秀次*; 伊東 佑真*; 横谷 明徳*

Kai, Takeshi; Toigawa, Tomohiro; Matsuya, Yusuke*; Hirata, Yuho; Tsuchida, Hidetsugu*; Ito, Yuma*; Yokoya, Akinari*

放射線DNA損傷は、直接効果と間接効果から形成される。直接効果はDNAと放射線の相互作用であり、間接効果はDNAと放射線分解化学種との化学反応である。これまで、直接効果が関与すると、DNAの10塩基対以内(3.4nm程度)に複数の損傷が形成され、修復効率が低下し、生物影響が誘発されると考えられてきた。本研究では、間接効果のみにより誘発されるDNA損傷を定量的に評価した。その結果、生成される確率は1%未満であるが、DNA近傍の水に10数eVのエネルギーが付与されるだけで、複雑なDNA損傷が形成されることが分かった。つまり、放射線とDNAが直接相互作用することなく、DNAの極近傍の水にエネルギーを与えるだけで、後発の生物影響の可能性を排除できなくなる。本研究成果は、低線量放射線影響の理解に役立つ重要な知見の一つとなる。

Radiation DNA damage is formed from direct and indirect effects. The direct effect is the interaction between DNA and a radiation, while the indirect effect is the chemical reaction between DNA and radiolytic chemical species. We believed that when the direct effect is induced, multiple lesions are formed within 10 base pairs (about 3.4 nm) of DNA. The damage reduces repair efficiency and induces biological effects. In this study, DNA damage induced by only indirect effects was quantitatively evaluated. Our results indicated that the multiple damage is formed when only 10s of eV energy is deposited to water in the vicinity of DNA, although its formation probability is less than 1%. In other words, the possibility of late biological effects cannot be excluded simply by imparting energy to water in the extreme vicinity of DNA without direct interaction between radiation and DNA. Our results are one of the most important findings for understanding low-dose radiation risk.