One-electron Oxidation of a Pyrenyl Photosensitizer Covalently Attached to DNA and Competition Between its Further Oxidation and DNA Hole Injection

The photosensitized hole injection and guanine base damage phenomena have been investigated in the DNA sequence, 5′-d(CATG[subscript 1] [superscript Py]CG[subscript 2]TCCTAC) with a site-specifically positioned pyrene-like (Py) benzo[a]pyrene 7,8-diol 9,10-epoxide-derived N[superscript 2]-guanine adduct (G[subscript 1] [superscript Py]). Generation of the Py radical cation and subsequent hole injection into the DNA strand by a 355 nm nanosecond laser pulses (∼4 mJ cm[superscript −2]) results in the transformation of G[subscript 1] [superscript Py] to the imidazolone derivative Iz[subscript 1] [superscript Py] and a novel G[subscript 1] [superscript Py*] photoproduct that has a mass larger by 16 Da (M+16) than the mass (M) of G[subscript 1] [superscript Py]. In addition, hole transfer and the irreversible oxidation of G[subscript 2], followed by the formation of Iz[subscript 2] was observed (Yun et al. [2007], J. Am. Chem. Soc., 129, 9321). Oxygen-18 and deuterium isotope labeling methods, in combination with an extensive analysis of the MS/MS fragmentation patterns of the individual dG[superscript Py*] nucleoside adduct and other data show that dG[superscript Py*] has an unusual structure with a ruptured cyclohexenyl ring with a carbonyl group at the rupture site and intact guanine and pyrenyl residues. The formation of this product competes with hole injection and thus diminishes the efficiency of oxidation of guanines within the oligonucleotide strand by at least 15% in comparison with that in the dG[superscript Py] nucleoside adduct.National Institutes of Health (U.S.) (Grant R01 CA110261

Oxidation of single-stranded oligonucleotides by carbonate radical anions: generating intrastrand cross-links between guanine and thymine bases separated by cytosines

The carbonate radical anion is a biologically important one-electron oxidant that can directly abstract an electron from guanine, the most easily oxidizable DNA base. Oxidation of the 5′-d(CCTACGCTACC) sequence by photochemically generated CO3·− radicals in low steady-state concentrations relevant to biological processes results in the formation of spiroiminodihydantoin diastereomers and a previously unknown lesion. The latter was excised from the oxidized oligonucleotides by enzymatic digestion with nuclease P1 and alkaline phosphatase and identified by LC-MS/MS as an unusual intrastrand cross-link between guanine and thymine. In order to further characterize the structure of this lesion, 5′-d(GpCpT) was exposed to CO3·− radicals, and the cyclic nature of the 5′-d(G*pCpT*) cross-link in which the guanine C8-atom is bound to the thymine N3-atom was confirmed by LC-MS/MS, 1D and 2D NMR studies. The effect of bridging C bases on the cross-link formation was studied in the series of 5′-d(GpCnpT) and 5′-d(TpCnpG) sequences with n = 0, 1, 2 and 3. Formation of the G*-T* cross-links is most efficient in the case of 5′-d(GpCpT). Cross-link formation (n = 0) was also observed in double-stranded DNA molecules derived from the self-complementary 5′-d(TTACGTACGTAA) sequence following exposure to CO3·− radicals and enzymatic excision of the 5′-d(G*pT*) product

Excision of Oxidatively Generated Guanine Lesions by Competitive DNA Repair Pathways

The base and nucleotide excision repair pathways (BER and NER, respectively) are two major mechanisms that remove DNA lesions formed by the reactions of genotoxic intermediates with cellular DNA. It is generally believed that small non-bulky oxidatively generated DNA base modifications are removed by BER pathways, whereas DNA helix-distorting bulky lesions derived from the attack of chemical carcinogens or UV irradiation are repaired by the NER machinery. However, existing and growing experimental evidence indicates that oxidatively generated DNA lesions can be repaired by competitive BER and NER pathways in human cell extracts and intact human cells. Here, we focus on the interplay and competition of BER and NER pathways in excising oxidatively generated guanine lesions site-specifically positioned in plasmid DNA templates constructed by a gapped-vector technology. These experiments demonstrate a significant enhancement of the NER yields in covalently closed circular DNA plasmids (relative to the same, but linearized form of the same plasmid) harboring certain oxidatively generated guanine lesions. The interplay between the BER and NER pathways that remove oxidatively generated guanine lesions are reviewed and discussed in terms of competitive binding of the BER proteins and the DNA damage-sensing NER factor XPC-RAD23B to these lesions

Generation of Guanine–Thymidine Cross-Links in DNA by Peroxynitrite/Carbon Dioxide

Luftföroreningar är ett lokalt men också gränsöverskridande problem. Sveriges luftkvalitet påverkas av lokala utsläppskällor, men även av långdistanstransport från stora emissionsområden i Europa. Utsläppen av många luftföroreningar har minskat kraftigt under de senaste årtiondena på grund av kontinuerligt skärpta emissionskrav. Betydande förbättringar har bland annat gjorts inom vägtransportsektorn. Via europeiska utsläppsnormer definieras acceptabla gränser för avgasutsläpp för nya fordon som säljs i EUs medlemsstater. Dessa, och andra, utsläppskrav kommer att leda till fortsatt minskande emissioner i Europa och därmed även lägre föroreningsnivåer i den luft som kommer in över Sverige. Hur stort är det kvarstående behovet av lokala åtgärder i Sverige för att minska haltnivåerna till en nivå där normer och miljömål uppfylls? Det är en av de frågeställningar som denna rapport utgår från.Den lokala miljö som undersöks är gaturum, varför förändringar av vägtrafikens emissioner och halter i Sverige är central. Liknande emissionstrender, som i Europa, finns också i Sverige, med kraftigt minskande emissioner beroende bland annat på de europeiska utsläppsnormerna. Viktiga skillnader finns också. Vårt kalla svenska vinterklimat skapar bland annat hala vägbanor och ogynnsamma spridningsförhållanden. Åtgärder för att undvika hala vägbanor leder till ökat vägslitage och vägdamm som ackumuleras i vägmiljön, vilket i sin tur leder till höga partikelhalter. I norra delarna av Sverige skapas under vintern ogynnsamma spridningsförhållanden med stabil skiktning och låga inversioner. I kombination med höga emissioner av luftföroreningar från bostadsuppvärmning och kallstarter leder detta till höga halter av bland annat kväveoxider.Trots kraftiga minskningar av utsläppen både i Sverige och övriga Europa har inte luftkvaliteten, med avseende på kvävedioxid (NO2), ozon (O3) och partiklar (PM10 respektive PM2.5), förbättrats på något avgörande sätt sedan år 2000. Fortfarande är luftföroreningshalterna i många trafikmiljöer höga såväl i Sverige som i övriga Europa. Orsakerna till det diskuteras i rapporten. Syftet med denna undersökning är att analysera hur framtidens luftkvalitet på lokal nivå (gaturum) kan komma att utvecklas på grund av troliga emissionsminskningar i Europa och i Sverige, samt att bedöma hur stora lokala åtgärder som ytterligare kan komma att fordras för att klara miljökvalitetsnormer och miljömål