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Halogenated nucleobases are used as radiosensitizers in cancer radiation therapy, enhancing the reactivity of DNA to secondary low-energy electrons (LEEs). LEEs induce DNA strand breaks at specific energies (resonances) by dissociative electron attachment (DEA). Although halogenated nucleobases show intense DEA resonances at various electron energies in the gas phase, it is inherently difficult to investigate the influence of halogenated nucleobases on the actual DNA strand breakage over the broad range of electron energies at which DEA can take place (<12 eV). By using DNA origami nanostructures, we determined the energy dependence of the strand break cross-section for oligonucleotides modified with 8-bromoadenine ((8Br)A). These results were evaluated against DEA measurements with isolated (8Br)A in the gas phase. Contrary to expectations, the major contribution to strand breaks is from resonances at around 7 eV while resonances at very low energy (<2 eV) have little influence on strand breaks.
In der Krebs-Strahlentherapie werden halogenierte Nukleinbasen als Radiosensibilisatoren eingesetzt, um die Reaktivität der DNA gegenüber niederenergetischen Elektro-
nen (NEEs) zu erhöhen. NEEs erzeugen DNA-Strangbrüche bei spezifischen Energien (Resonanzen) durch dissoziative Elektronenanlagerung (DEA). Obwohl halogenierte Nukle-
inbasen intensive DEA-Resonanzen bei verschiedenen Elek-tronenenergien in der Gasphase aufweisen, kann der Einfluss der halogenierten Nukleinbasen auf tatsächliche DNA-Strangbrüche grundsätzlich nur schwer über den Energiebereich, in dem DEA stattfindet (< 12 eV), untersucht werden.
Mithilfe von DNA-Origami-Nanostrukturen haben wir die Energieabhängigkeit der Wirkungsquerschnitte für DNA-Strangbrüche von Oligonukleotiden bestimmt, die mit 8-
Bromadenin (8BrA) modifiziert wurden. Diese Ergebnisse wurden mit DEA-Messungen an isoliertem 8BrA in der Gas-phase verglichen. Entgegen der Erwartungen wird der Großteil der Strangbrüche durch Resonanzen um 7 eV hervorgerufen, wohingegen der Einfluss von Resonanzen bei sehr niedrigen Energien (< 2eV) auf die Strangbrüche gering ist.
8-Bromoadenine (8BrA) is a potential DNA radiosensitizer for cancer radiation therapy due to its efficient interaction with low-energy electrons (LEEs). LEEs are a short-living species generated during the radiation damage of DNA by high-energy radiation as it is applied in cancer radiation therapy. Electron attachment to 8BrA in the gas phase results in a stable parent anion below 3 eV electron energy in addition to fragmentation products formed by resonant exocyclic bond cleavages. Density functional theory (DFT) calculations of the 8BrA– anion reveal an exotic bond between the bromine and the C8 atom with a bond length of 2.6 Å, where the majority of the charge is located on bromine and the spin is mainly located on the C8 atom. The detailed understanding of such long-lived anionic states of nucleobase analogues supports the rational development of new therapeutic agents, in which the enhancement of dissociative electron transfer to the DNA backbone is critical to induce DNA strand breaks in cancerous tissue.