Mechanistic insight into photocrosslinking reaction between triplet state 4-thiopyrimidine and thymine

文献情報

出版日 2019-09-06
DOI 10.1039/C9CP04089G
インパクトファクター 3.676
著者

Xiaoran Zou, Zhonghua Sun, Hongmei Zhao, Chun-yang Zhang


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要旨

4-Thiopyrimidine (e.g., 4-thiouracil (4-TU) and 4-thiothymine (4-TT)) is a typical kind of thiobase. With the sulfur substitution at the C4 position of the canonical pyrimidine nucleobase, 4-thiopyrimidine displays unique photophysical and photochemical properties such as red-shifted maximum absorption peaks and efficient triplet state populations. One of the properties is the photocrosslinking reaction between 4-thiopyrimidine and pyrimidine base, which plays important roles in photochemotherapy and photolabeling applications. By using density functional theory (M06-2X), we have explored the potential energy profiles of the photocrosslinking reaction between 4-thiopyrimidine (4-TU and 4-TT) and thymine in the S0 and T1 states as well as the interaction between the two states. For both (6-4) and (5-4) photocrosslinking reactions, multiple nonadiabatic pathways via minimum energy crossing points (MECPs) between potential surfaces (PESs) of the T1 and S0 states greatly facilitate the proceeding of photocrosslinking reactions and lead to the relatively stable thietane intermediate in the S0 state. The subsequent H migration in the thietane intermediate takes place solely in the S0 state with surmountable energy barriers in bulk solution, resulting in the formation of the photocrosslinked product. This research provides not only a new mechanistic insight into the photocrosslinking reaction for 4-thiopyrimidines but also a rational explanation for the experiments of UVA irradiated Tp4ST dinucleotide and 4-thiothymidine-containing oligonucleotides, facilitating the deep understanding of the synergistic cytotoxicity of 4-thiopyrimidines and UVA as well as the development of alternative phototherapeutic agents and photolabeling probes.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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