Chemical generation of oxygen-18 molecular in singlet state, 18O2 (1Δg), and studies of lesions in DNA

O oxigênio molecular eletronicamente excitado ao estado singlete 1Δg (1O2) é bastante reativo frente a moléculas orgânicas com alta densidade eletrônica. As reações do 1O2 com o ácido desoxirribonucleico (DNA) têm sido estudadas extensivamente, uma vez que, provocam lesões que têm sido relacionadas com diversos processos citotóxicos e patológicos. Esse trabalho visou estudar os mecanismos pelos quais ocorrem os processos de oxidação de bases do DNA por 1O2. Para isso, um parâmetro essencial foi a identificação dos produtos de oxidação gerados na reação dessa biomolécula com 1O2. Foi desenvolvida uma fonte de 1O2, com caráter não-iônico, preparada com oxigênio-18 molecular e a N,N\'-di(2,3-dihidroxipropil)-3,3\'-(1 ,4-naftilideno) dipropanamida (DHPN18O2 ). A fonte é capaz de gerar 1O2 isotopicamente marcado (18[1O2]). A incubação de DNA de timo de bezerro e células de fibroblastos com os endoperóxidos hidrofílicos do 3,3\'-(1 ,4-naftilideno)dipropanoato de sódio (NDPO2) e da N, N\'-di(2,3-dihidroxipropil)-3,3\' -( 1,4-naftilideno )dipropanamida (DHPNO2), como fontes puras de 1O2, mostrou que a 8-oxo-7,8-dihidro-2\'-desoxiguanosina (8-oxodGuo) é a lesão majoritária. Quando o DHPNO2 foi usado, níveis mais altos de 8-oxodGuo foram detectados devido ao seu maior rendimento de formação de 1O2 e por ser capaz de penetrar em células. O uso do DHPN 18O2 na incubação de células demonstrou que o 1O2 lesa diretamente o DNA nuclear e forma 8-oxodGuo com oxigênio-18 incorporado. A identificação dos principais produtos de oxidação da 8-oxodGuo por 1O2 ou 18[1O2] foi feita usando análises de HPLC e espectrometria de massas em tandem com ionização por electrospray. Dessa forma, a imidazolona, oxazolona e os diastereoisômeros da espiroiminodihidantoína marcados com oxigênio-18 foram detectados. Além disso, foi caracterizado um nucleosídeo modificado que exibe as características da guanidinohidantoína oxidada. O uso do EAS para captação de 1O2 em sistemas aquosos e detecção do produto EASO2 por HPLC e espectrometria de massas possibilitou mostrar que a decomposição espontânea de ONOO- não gerava 1O2. O trabalho desenvolvido contribuiu na elucidação de algumas propostas fundamentais para esclarecer os mecanismos que envolvem a geração do 1O2 e sua interação com o DNA. A compreensão desses processos é importante para desvendar fenômenos biológicos importantes como envelhecimento e câncer.Singlet oxygen (1O2) exhibits a substantial reactivity towards electron-rich organic molecules. Since DNA damage has been related to aging, cancer and other cytotoxic effects, its reaction with 1O2 have been extensively studied. Although, the mechanism and products of these reactions are not yet completely elucidated. The aim of the present work was to study the mechanism of DNA oxidation by 1O2. Emphasis was placed on the identification of the main products generated by the reaction of 1O2 with DNA. For this purpose, we developed a water-soluble naphthalene endoperoxide, the DHPN18O2, whose thermodecomposition leads to the formation of isotopically labeled singlet oxygen (18[1O2]). Calf thymus DNA and fibroblast cells were incubated with the hydrophilic endoperoxides NDPO2 and DHPNO2, as chemical generators of pure 1O2. It was found that 8-oxodGuo is the major 1O2-mediated DNA damage product. In order to demonstrate that 1O2 is directly involved in the formation of 8-oxodGuo, the DHPN18O2 was used. Incubation of the cells with such a generator of 18[1O2] resulted in the formation of 18O-labeled 8-oxodGuo in the nuclear DNA, clearly demonstrating that 1O2, when released within cells, is able to directly oxidize cellular DNA. The qualitative identification of the 1O2-oxidation products of 8-oxodGuo was achieved using HPLC coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry. Thus, the [18O]-labeled and unlabeled imidazolone, oxazolone, together with the diastereoisomeric spiroiminodihydantoin nucleosides, were detected as the main degradation products. In addition, a modified nucleoside that exhibits similar features than those of the oxidized guanidinohydantoin molecule was also produced. In this way, we contributed in the elucidation of some proposals of great importance to clarify the mechanisms that are involved in the interaction of 1O2 with DNA