质子诱导的簇状B-DNA损伤中沟槽损伤分布的研究

《Environmental and Molecular Mutagenesis》：Investigation of Groove Damage Distribution in Proton-Induced Clustered B-DNA Damage

质子靶向放疗中DNA损伤机制研究首次揭示了沟槽损伤分布规律：通过构建完整B-DNA核小体模型并改进PDB4DNA和DBSCAN算法，发现簇状损伤中MBD与mBD占比更高且分布更规律；沟槽损伤复杂性由损伤点密度决定而非单次损伤能量；质子能量沉积主要依赖沟槽损伤复杂度而非初始能量；存在沟槽间损伤补偿机制及敏感性差异。为放疗优化提供理论支撑。

　　

摘要

准确测量DNA损伤对于基于质子的靶向放射治疗的治疗优化至关重要。本研究首次探讨了由质子辐射引起的簇状B-DNA损伤中的沟槽损伤分布机制。与以往的研究相比，本工作通过首次构建包含完整B-DNA碱基序列的核小体模型，引入了方法上的创新，从而能够更细致、更精确地模拟DNA损伤。此外，该研究采用了新的视角，考虑了DNA的固有特性和局部功能异质性，特别阐明了主要沟槽与次要沟槽之间的损伤敏感性差异，以揭示DNA损伤的固有特征。通过对PDB4DNA程序和DBSCAN算法的改进，我们发现：（1）在简单的簇状损伤中，主要沟槽碱基损伤（MBD）和次要沟槽碱基损伤（mBD）的相对频率较高，且损伤复杂性分布更为规则；（2）B-DNA沟槽损伤的复杂性取决于损伤点的分布密度，而非损伤产额；（3）B-DNA沟槽中的能量沉积主要受沟槽损伤复杂性的影响，而非粒子的初始能量；（4）主要沟槽与次要沟槽之间存在相互补偿机制，同时损伤敏感性也存在差异。研究结果表明，尽管簇状B-DNA损伤中的沟槽损伤分布机制受到质子线性能量传递（LET）、簇状损伤中的链断裂以及DNA结构等多种因素的影响，但总体上仍遵循上述四种分布特征。这些发现为优化质子靶向放射治疗提供了理论基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。