Hình Thành Đứt Gãy Chuỗi ADN Do Electron Năng Lượng Thấp (3 đến 20 eV)
Tóm tắt
Phần lớn năng lượng được tích lũy trong tế bào bởi bức xạ ion hóa được chuyển vào việc sản xuất các electron thứ cấp tự do phong phú với năng lượng đạn đạo từ 1 đến 20 electron volt. Nghiên cứu này cho thấy rằng các phản ứng của các electron này, ngay cả ở mức năng lượng thấp hơn nhiều so với ngưỡng ion hóa, có khả năng gây ra các đứt gãy chuỗi đơn và chuỗi kép đáng kể trong ADN. Những đứt gãy này được gây ra bởi sự phân rã nhanh chóng của các cộng hưởng phân tử chuyển tiếp tập trung vào các thành phần cơ bản của ADN. Phát hiện này đặt ra một thách thức cơ bản đối với quan niệm truyền thống rằng thiệt hại genotoxic của các electron thứ cấp chỉ có thể xảy ra ở mức năng lượng cao hơn sự khởi đầu của ion hóa, hoặc khi chúng trở thành các loại hóa học phản ứng chậm chạp khi được hoá giải trong môi trường nước.
Từ khóa
#Bức xạ ion hóa #Electron thứ cấp #Đứt gãy chuỗi ADN #Cộng hưởng phân tử chuyển tiếp #Tổn thương genotoxicTài liệu tham khảo
J. F. Ward in Advances in Radiation Biology 5 J. T. Lett and H. Adler Eds. (Academic Press New York 1977) pp. 181–239.
O. Yamamoto in Aging Carcinogenesis and Radiation Biology K. Smith Ed. (Plenum New York 1976) pp. 165–192.
A. F. Fuciarelli and J. D. Zimbrick Eds. Radiation Damage in DNA: Structure/Function Relationships at Early Times (Battelle Columbus OH 1995).
C. von Sonntag The Chemical Basis for Radiation Biology (Taylor and Francis London 1987).
International Commission on Radiation Units and Measurements ICRU Report 31 (ICRU Washington DC 1979).
S. M. Pimblott and J. A. LaVerne in (3) pp. 3–12.
D. Srdoc et al. in IAEA CRP Atomic and Molecular Data for Radiotherapy and Radiation Research M. Inokuti Ed. (IAEA Press Vienna 1995) chapter 8.
The only previous low-energy work concerned DNA damage by 25- to 4000-eV electrons [see
]. In that study the samples were exposed to high background gas pressures (10 −5 to 10 −6 torr) and contained salt (EDTA ratio of DNA to EDTA = 1:1 by weight) during electron irradiation; the latter was reported to shield the DNA toward low-energy electrons.
L. Sanche unpublished data.
For a review see
Each sample consisted of 500 ng of purified DNA in 10 μl of nanopure water which was deposited on a tantalum substrate over a measured area of ∼6 mm average diameter. After lyophilization this results in a pure solid calculated to have an average thickness of 10 nm at a known density of 1.7 g cm −3 assuming minimal clustering of the plasmids in the solid.
Desiccation leaves plasmid DNA with its structural water of about 2.5 water molecules per base pair [
] with the plasmid solids containing a mixture of A and C conformations. Removal of this intrinsic hydration water is believed to lead to substantial conformational changes and DSBs which are not observed in our unirradiated control samples held under UHV.
B. D. Michael et al. in (3) pp. 251–258.
For a review see
Sanche L., Scanning Microsc. 9, 619 (1995).
For vertical electron attachment energies in gas-phase nucleobases below 5 eV see
; for detachment energies in solvated uracil cluster anions see
L. G. Christophorou E. Illenberger W. Schmidt Eds. Linking the Gaseous and Condensed Phases of Matter: The Behavior of Slow Electrons (Plenum New York 1994).
Sample exposure-response curves can be seen at Science Online (www.sciencemag.org/feature/data/1044957.shl).
We thank A. J. Waker for helpful comments and suggestions. Supported by the Medical Research Council of Canada.