Onderzoekers onder leiding van Regina de Vivie-Riedle, een professor in de theoretische chemie aan de LMU München, hebben aanwijzingen gevonden voor een base-onafhankelijk mechanisme dat de fotostabiliteit van de RNA-base uracil kan verminderen.

De bouwstenen van het leven, namelijk de vijf nucleobasen adenine, guanine, cytosine, thymine en uracil die de genetische code vormen, zijn gevoelig voor beschadiging door UV-straling. Na foto-excitatie, ze kunnen chemische reacties ondergaan met hun buren in een DNA- of RNA-streng, gevaarlijke mutaties veroorzaken die uiteindelijk het risico op huidkanker verhogen.

Gelukkig, alle vijf nucleobasen hebben manieren om de energie die in de kritische aangeslagen toestand is afgezet snel te dissiperen. Dit ontspanningsproces vindt plaats op een femtoseconde tijdschaal, sneller dan concurrerende chemische reacties kunnen optreden, waardoor in de meeste gevallen fotoschade wordt voorkomen. Obstructie van deze ultrasnelle paden vergroot de kans dat er schadelijke fotoproducten worden gevormd, omdat de nucleobase langer in de aangeslagen toestand blijft.

Tot nu toe, dergelijke vertraagde relaxatie in de grondtoestand is meestal toegeschreven aan de delokalisatie van aangeslagen toestanden over verschillende nucleobasen. Professor Regina de Vivie-Riedle heeft met haar onderzoeksteam bij LMU nu aanwijzingen gevonden voor een ander mechanisme dat kan optreden op een enkele nucleobase, zonder de noodzaak van delokalisatie in de aangeslagen toestand. Met behulp van state-of-the-art kwantumdynamische methoden die rekening houden met de complexe RNA-omgeving, ze ontdekten dat de sterische invloed van de RNA-streng de moleculaire beweging die nodig is voor de ultrasnelle relaxatie van uracil kan belemmeren en de nucleobase gedurende enkele picoseconden in de aangeslagen toestand kan houden - lang genoeg om schadelijke chemische reacties te laten plaatsvinden. Het werk verschijnt in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Door verschillende basensequenties in hun simulaties te beschouwen, ze onderzochten ook of specifieke combinaties van naburige nucleobasen verschillen in hun effecten op de fotostabiliteit van uracil. De resultaten geven aan dat het beschreven mechanisme een vrij algemeen effect is van de moleculaire RNA-omgeving, en treedt onafhankelijk van een bepaalde basensequentie op.

Het gebruik van computersimulaties maakt het mogelijk om de effecten van verschillende factoren te isoleren, waarvan sommige mogelijk ontoegankelijk zijn voor experimenteel onderzoek. Theoretische modellen maken daarom een ​​vollediger begrip van de natuur mogelijk en zijn een integraal onderdeel van de moderne chemie. De rekeninspanning voor dit onderzoek was aanzienlijk, en de auteurs erkennen dankbaar de bronnen die worden verstrekt door het Leibniz Supercomputing Center in Garching.