Analysis of oxidative cytosine products in DNA exposed to ionizing radiation

Département de Médecine Nucléaire et Radiobiologie, Faculté de Médecine, Université de Sherbrooke, Sherbrooke (Québec) J1H 5N4, Canada.

Abstract

From ionizing radiation studies, we have previously characterized a large number of modifications of cytosine and 2'-deoxycytidine which arise by way of hydroxyl radical or base radical cation reactions. However, it remains a great challenge today to detect and quantitate these lesions in DNA. In the present work, I have developed a method for the analysis of six oxidation products of cytosine in DNA using HF acid hydrolysis and gas chromatography/mass spectrometry with isotopic dilution. The analysis of gamma-irradiated DNA indicated that uracil 5,6-glycols 5-hydroxyuracil and 5-hydroxyhydantoin are the major stable decomposition products of cytosine residues, whereas alloxane and 1-carbamoyl-2-oxo-4,5-dihydroxy-imidazolidine are formed in comparatively lower yields. These results suggest that the major pathway of OH radical induced decomposition of cytosine in DNA involves initial deamination of intermediate 5-hydroxy-6-hydroperoxides.

Résumé

Grâce aux études de la radiolyse et de la photolyse des acides nucléiques, nous connaissons plusieurs modifications de la cytosine et aussi de la désoxycytidine qui sont formées par l'entremise des radicaux hydroxyles ou radicaux cationiques. Néanmoins, il reste qu'il est encore aujourd'hui très difficile d'identifier et de quantifier ces lésions dans l'ADN. Dans ce travail, j'ai développé une méthode pour l'analyse de six produits d'oxydation de la cytosine dans l'ADN en dégradant d'abord l'ADN par hydrolyse à l'acide fluorhÿdrique, puis en analysant l'hydrolysat par chromatographie en phase gazeuse couplée avec la spectrométrie de masse où avait été incorporés des homologues isotopiques stables comme standards internes. Les produits majeurs de la cytosine qui se forment par radiolyse des solutions aqueuses de l'ADN semblent être les 5,6-glycols de l'uracil, la 5-hydroxyuracile et la 5-hydroxyhydantoin, tandis que l'alloxane et la l-car- bamoyl-2-oxo-4,5-dihydroxy imidazolidine sous ces conditions sont très peu formées. Ces résultats suggèrent que la principale voie de la décomposition de la cytosine implique la déamination de la 5-hydroxy-6-hydroperoxyde comme intermédiaire primaire.