DNA塩基が見せた一瞬のねじれをとらえた~光損傷の仕組み解明の手掛かりに~

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2025-05-02 京都大学

京都大学の鈴木俊法教授らの研究チームは、DNAやRNAを構成する核酸塩基の一つであるチミンとウラシルが、紫外線を吸収した際にC=C二重結合が強くねじれた不安定な状態を形成することを発見しました。この状態は約100億分の1秒という極めて短い時間で現れますが、DNAの光損傷反応がそれよりも短時間で起こると考えられているため、このねじれた状態が光損傷の初期過程に関与している可能性が示唆されます。この研究成果は、紫外線によるDNA損傷の仕組み解明や、皮膚がんなどの理解に貢献することが期待されます。研究結果は2025年4月25日に「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました。

DNA塩基が見せた一瞬のねじれをとらえた~光損傷の仕組み解明の手掛かりに~
ウラシルとチミンが紫外光を受けて生成する反応中間体の構造。C=C二重結合が強くねじれた構造を持ち、DNA・RNAの光化学に重要な役割を持つと推測される。

<関連情報>

ピリミジン核酸塩基の電子緩和における基底状態中間体の形成 Formation of Ground-State Intermediate during Electronic Relaxation of Pyrimidine Nucleobases

Yuki Obara,Srijon Ghosh,Alexander Humeniuk,Shota Kamibashira,Shunsuke Adachi,and Toshinori Suzuki
Journal of the American Chemical Society  Published: April 25, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.4c17415

Abstract

Ultrafast electronic relaxation of nucleobases from the 1ππ* state to the ground electronic state (S0) is crucial for the photostability of DNA and RNA. However, it has been suggested that electronic relaxation of pyrimidine nucleobases, nucleosides, and nucleotides in an aqueous environment generates an electronically excited intermediate state with a lifetime of tens to hundreds of picoseconds with a relatively high quantum yield (QY) of 0.2–0.5. The generation of such a long-lived excited state seems to be inconsistent with the photostability of these molecules. A recent extreme ultraviolet time-resolved photoelectron spectroscopy study by Miura et al. [J. Am. Chem. Soc. 2023, 145 (6), 3369] reinvestigated this problem and revealed that the accurately determined QY for long-lived excited states is much too low to allow an electronically excited reaction intermediate to exist. In the present study, we investigated the nature of the reaction intermediate using ultraviolet and infrared transient absorption spectroscopy, along with quantum chemical calculations to show that the intermediate is in the S0 state, and its infrared spectrum is compatible with a metastable twisted C═C species theoretically predicted by Park et al. [J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13 (30), 7072].

細胞遺伝子工学
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