活性酸素が引き起こす見逃されていたDNA損傷プロセス ― 光反応による「脱塩基部位」の生成を発見、次世代の光機能性DNAを実現する精密設計の基盤へ ―

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2026-03-31 東北大学

東北大学の研究グループは、光触媒によるDNAの光酸化反応において、活性酸素の一種である一重項酸素がDNAに作用し、塩基が失われる「脱塩基部位(APサイト)」を生成する新たな損傷プロセスを発見した。従来は検出が困難だったこの現象を、質量分析を用いた独自手法により直接かつ定量的に評価することに成功した。さらに、DNA鎖末端など溶媒に接触しやすい部位のグアニンで損傷が生じやすいことを解明した。本成果は、DNA損傷機構の理解を深化させるとともに、副反応を抑えた光機能性DNAや光バイオ材料の精密設計に貢献すると期待される。

活性酸素が引き起こす見逃されていたDNA損傷プロセス ― 光反応による「脱塩基部位」の生成を発見、次世代の光機能性DNAを実現する精密設計の基盤へ ―
図1. 本研究の概要 光触媒による光酸化反応によって既知の酸化損傷体(Gh、Sp)に加え、脱塩基部位(APサイト)と呼ばれるDNA損傷が生じる現象を発見した。

<関連情報>

一重項酸素を介したDNA中のア塩基部位の光触媒的生成 Singlet oxygen-mediated photocatalytic generation of abasic sites in DNA

Yuuhei Yamano,Kazumitsu Onizuka,Okan Altan,Madoka Sasaki,Ahmed Mostafa Abdelhady,Shigeki Sasaki & Fumi Nagatsugi
Nature Chemistry  Published:20 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42004-026-01979-8  Unedited version

Abstract

Oxidative stress factors such as light and inflammation are known to damage nucleic acids through various mechanisms. Guanine, among the four canonical nucleobases, is particularly susceptible to oxidation, leading to the formation of oxidatively generated lesions such as 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG), spiroiminodihydantoin (Sp), and guanidinohydantoin (Gh). In this study, we now report an abasic (AP) site generation from guanine residue oxidation based on photocatalytic reactions. The study used Dickerson–Drew dodecamer DNA as the model oligo DNA for photocatalytic reactions, and the reactions were analyzed using denaturing polyacrylamide gel electrophoresis, matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry, and ultra-performance liquid chromatography coupled with electrospray ionization mass spectrometry measurements. It was observed that guanine residues are converted into AP sites by reacting with singlet oxygen generated from the photocatalyst. Guanine residues with high solvent accessibility were found to be particularly reactive with singlet oxygen. Mechanistic investigations revealed that the photocatalytic generation of AP sites proceeds mainly via an 8-oxoG-independent mechanism. These findings are important for the design and development of photocatalyst-modified functional oligo probes and the understanding of their reactions.

有機化学・薬学
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