Chemische Grundlage der Spaltung von DNA-Zucker-Phosphat durch niederenergetische Elektronen

DNA-Schäden durch niederenergetische Elektronen (LEE) wurden mit einem neuartigen System untersucht, bei dem dünne feste Filme von Oligonukleotid-Tetrameren (CGTA und GCAT) unter Ultrahochvakuum mit monoenergetischen Elektronen (10 eV) bestrahlt wurden. Die Produkte der Bestrahlung wurden mittels HPLC untersucht. Diese Analysen ermöglichten die Quantifizierung von 16 nicht modifizierten Nukleobasen-, Nukleosid- und Nukleotidfragmenten jedes Tetramers, die aus der Spaltung von Phosphodiester- und N-glycosidischen Bindungen resultieren. Die Verteilung der nicht modifizierten Produkte deutet auf einen Schadensmechanismus hin, bei dem zuallererst Elektronen an Nukleobasen-Anteile gebunden werden, gefolgt von einem Elektronentransfer zum Zucker-Phosphat-Rückgrat und einer anschließenden Dissociation der Phosphodiesterbindung. Darüber hinaus enthielten fast alle nicht modifizierten Fragmente eine terminale Phosphatgruppe an der Spaltungsstelle. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Phosphodiesterbindung auf einem bestimmten Weg bricht, bei dem die negative Ladung auf der Phosphodiesterbindung lokalisiert ist, was nicht modifizierte Fragmente mit intakter Phosphatgruppe zur Folge hat. Im Gegensatz dazu muss der Radikal auf dem Zuckeranteil lokalisiert sein, um bislang nicht identifizierte Modifikationen zu erzeugen. Zusammenfassend beinhaltete die Reaktion von LEE mit einfachen Tetrameren eine dissociative Elektronenbindung, die zur Spaltung der Phosphodiesterbindung und zur Bildung von nicht modifizierten Fragmenten führte.