光化学介导活性氧自由基对DNA损伤机理的研究

DNA can be damaged by multiple physical and chemical factors in environment, such as ultraviolet radiation, air pollution and electromagnetic radiation etc. OH or O2- generates in selected different photochemical systems (i.e. Fenton, Vis/BiOBr, UV/BiOBr and UV/VB). Typical calf thymus DNA is selected as research objects. HPLC is utilized to monitor the dynamic changes of DNA damage, and ESR is used to determine the type and trend of reactive oxygen species. Moreover, nitrogenous bases of DNA (A, T, G and C) are selected as research objects. LC-MS and isotope labeling technology are employed to analyze the fragments, source of oxygen, open-loop way and attack sites of bases. The damage mechanisms of bases by reactive oxygen species will be studied. Base fragments are used as internal standard to study the mechanism of hydroxylation, decarboxylation, denitrification and deamination of DNA by reactive oxygen species. Superoxide dismutase (SOD), vitamin E (VE) and flavonoids etc. are added as antagonist of radicals to explore the inhibition, blocking and protection mechanisms of DNA damage, which will support theoretical basis for prevention and control of diseases and aging.

环境中紫外线、空气污染及电磁辐射等多种理化因素诱导DNA损伤。本项目设计Fenton、Vis/BiOBr、UV/BiOBr及UV/核黄素光化学体系原位介导OH或O2-，选取典型小牛胸腺DNA为研究对象，采用高效液相(HPLC)监测DNA损伤动力学变化，结合电子顺磁共振(ESR)等方法，分析活性氧自由基的类型及趋势；同时选取DNA含氮碱基(A、T、G和C)为研究对象，利用液质联用(LC-MS)和同位素标记技术，分析碱基碎片、氧的来源、碱基环的开环方式和进攻位点，研究活性氧自由基对碱基损伤机理，尤其重点以碱基碎片为内标物探讨活性氧自由基对典型DNA的羟基化、脱羧、脱硝及脱氨反应机理；通过外加超氧化物歧化酶(SOD)、维生素E(VE)及黄酮类等活性氧自由基拮抗剂，研究拮抗剂对DNA损伤的抑制、阻断和保护机制，为疾病和衰老的防治提供理论基础。

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)是一种长链双螺旋结构聚合物，是染色体和基因的主要组成成分，存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息。环境中紫外线、空气污染及电磁辐射等多种理化因素诱导DNA损伤，表现为DNA空间结构改变、脱氧核糖分解、碱基颠换和碱基开环等，直接导致疾病、衰老和死亡。本项目设计Fenton、Vis/BiOBr、UV/BiOBr及UV/TiO2光化学体系原位介导•OH或O2-•，选取典型小牛胸腺DNA为研究对象，采用高效液相(HPLC)监测DNA损伤动力学变化，结合电子顺磁共振(ESR)等方法，分析活性氧自由基的类型及趋势；同时选取DNA含氮碱基(A、T、G和C)为研究对象，利用液质联用(LC-MS)技术，分析碱基碎片、氧的来源、碱基环的开环方式和进攻位点，研究活性氧自由基对碱基损伤机理，尤其重点以碱基碎片为内标物探讨活性氧自由基对典型DNA的羟基化、脱羧、脱硝及脱氨反应机理；通过外加葡萄籽、甲酸、异丙醇和甲醇等活性氧自由基拮抗剂，研究拮抗剂对DNA损伤的抑制、阻断和保护机制，为疾病和衰老的防治提供理论基础。研究表明，O2-•诱导DNA氧化损伤中间产物是鸟嘌呤-胞嘧啶碱基对和近似8-oxodG结构的物质。•OH诱导DNA氧化损伤机理主要涉及DNA链上嘌呤-嘧啶碱基对羟基化和嘌呤碱基脱落并伴随碱基开环。活性氧自由基诱导DNA光化学氧化损伤机理的差异性表现在损伤产物、开环方式和损伤路径等方面。•OH诱导嘧啶碱基氧化损伤产物为5-羟基-嘧啶、嘧啶乙二醇及其羟基化开环产物，而光生空穴诱导嘧啶碱基氧化损伤更为严重，直接导致碱基互变异构，由胸腺嘧啶转化为尿嘧啶。另外活性氧自由基拮抗剂拮抗机理表现为竞争或捕获活性氧自由基以实现抑制底物光化学氧化损伤和保护底物的作用。