Hvordan undersøgelser af den fotokemiske interaktion af UV-stråling med RNA kan optimeres

En teoretisk undersøgelse af den UV-lys-inducerede reaktion af RNA-nukleobase uracil, udført af LMU-forskere, foreslår, at omhyggeligt formede laserimpulser kan bruges til at fange den afgørende mellemtilstand for detaljeret karakterisering.

LMU-forskere ledet af Regina de Vivie-Riedle, Professor i teoretisk kemi ved LMU München, har udviklet et koncept, som foreslår, hvordan undersøgelser af den fotokemiske interaktion mellem UV-stråling og ribonukleinsyre (RNA) kan optimeres. De energiske fotoner, som UV-stråling er sammensat af, udløser kemiske transformationer i nukleotidbaserne, der danner underenhederne af både DNA og RNA, hvilket kan resultere i skadelige genetiske mutationer. For at opnå en bedre forståelse af den molekylære mekanisme, der fører til sådanne fotoskader, dynamikken i oprensede prøver af RNA- og DNA-baser er grundigt undersøgt med ultrakorte laserimpulser med henblik på at karakterisere forbigående mellemprodukter, der opstår i løbet af den fotokemiske reaktion. Problemet med denne tilgang er, at de exciterede molekyler meget hurtigt frigiver den energi, der injiceres af den korte laserpuls. "Dette fænomen med fotorelaxation anses for at være en indbygget beskyttende reaktion, der minimerer risikoen for fotoskader, men det gør det også meget svært at lære meget om selve den ophidsede tilstand, "som Daniel Keefer, et medlem af de Vivie-Riedles gruppe forklarer.

Sammen med Spiridoula Matsika, en tidligere Humboldt Fellow ved LMU fra Temple University i Philadelphia, Regina de Vivie-Riedle og hendes medarbejdere demonstrerer, hvordan den ultrahurtige afslapningsproces i forbindelsen uracil, en af ​​RNA-baserne, kan styres med skræddersyede lysfelter. Denne undersøgelse viser også, hvordan den exciterede tilstand effektivt kan 'fanges' for at lette dens karakterisering. Den grundlæggende idé er at forme laserpulsen på en sådan måde, at molekylet forbliver i den exciterede tilstand i længere tid (over 50 picosekunder i stedet for 190 femtosekunder) – snarere som om afslapningsprocessen ind i grundtilstanden blev midlertidigt afbrudt ved at trykke på Pause knap. Resultaterne og deres implikationer er beskrevet i Journal of the American Chemical Society .

Tidligere eksperimenter, der brugte femtosekund-laserimpulser til at excitere uracil, tjente som udgangspunkt for den nye undersøgelse. LMU-forskerne optimerede de spændende laserimpulser med hensyn til forskellige kontrolformål, opnår både en acceleration og en betydelig forlængelse af den exciterede tilstands levetid med næsten 30 gange. Især denne fangst i den afgørende tilstand åbner vejen for opfølgende spektroskopiske undersøgelser af reaktionen, der fører til fotoskader. I øvrigt, disse resultater bør kunne anvendes på de andre baser, der findes i nukleinsyrer. "Vi er overbeviste om, at vores model vil lette fremtidige undersøgelser af de reaktionsmekanismer, der fører til fotoskader af nukleotider, " siger de Vivie-Riedle.