The adenine moiety mediated photoreaction of 4,5',8-trimethylpsoralen (TMP) with adenosine or alcohol was investigated in a dry film state. Four TMP-ethanol photoadducts (I-IV), two TMP-methanol photoadducts (V-VI) and one minor TMP-adenosine Photoadduct (A) were isolated and purified by reverse phase liquid chromatography. The structures of photoproducts were elucidated by spectroscopic methods including UV, FT-IR, mass spectrometry (FAB, EI and HR methods) and $^1H$-NMR analysis.
Covalent bond was formed between the 4-carbon of TMP and theribose 4'-carbon of adenosine photoproduct A in contrast to previously reported TMP-adenosine photoadducts. The lack of regiospecificity suggests a radical mechanism for these reactions.
The UV absorption spectra and HPLC profiles show that photoproducts I and II(III and IV, V and VI) equilibrate at room temperature. The UV absorption maxima of protoproducts I(III and V) and II(IV and VI) at 257 and 248 nm, respectively, indicate that the pyrone ring is involved in the formation of photoproducts. The HR and EI mass spectra exhibit molecular ion peak at m/z 274 for photoproducts I-IV and at m/z 260 for photoproducts V-VI, which corresponds to the expected mass of 1:1 TMP-ethanol adduct and TMP-methanol adduct, repectively. In $^1H$-NMR spectra of photoproducts I-IV, the upfield shifted 4-methyl resonances appeared as singlet signals. The resonance peaks for the alcohol moiety are shown as pairs of doublet and quartet in photoproducts I-IV, and as a pairs of doublets in photoproducts V and VI. These results indicate that the photobinding of TMP occurs to alcohols through covalent bond formation between 4-carbon of the pyrone ring of TMP and $\alpha$-carbons to the hydroxyl group of alcohols. The equilibrium between photoproduct I(III or V) and II(IV or VII) are established by a intramolecular transesterification. The TMP-alcohol photoadducts were formed only in the TMP film containing small amounts of alcohol and adenosine. Furthermore, no photoadduct of TMP and ribose was detected upon photolysis of a TMP-ribose film, suggesting that the adenine moiety plays a specific role in the photoreaction.
The interaction of adenosine with psoralens in a dry film may be related to the DNA sequence selectivity observed for the photoreaction of psoralens with DNA.
The interaction between psoralens and DNA bases were studied using UV absorption and fluorescence emission spectroscopy. The purine bases interact more effiently with psoralens than pyrimidine bases in both ground and singlet excited states. We propose a mechanism involving adenosine mediated electron transfer, from/to adenosine to/from psoralens.
핵산에 대한 소랄렌 유도체의 광독성 메카니즘을 이해하기 위하여, 아데닌 고리에 의해 매개되는 4,5', 8-트리메틸소랄렌 (TMP)와 아데노신 또는 알콜과의 광화학 반응을 고체필름 상태에서 연구하였다. 광반응 혼합물을 역상 분취 액체 크로마토그라피로 분리한 후 고압력상 크로마토그라피로 정제하여 4개의 TMP-에타놀 광부가물 (I-IV)과 2개의 TMP-메타놀 광부가물(V-VI)과 함께 한개의 새로운 TMP-아데노신 광부가물(A)을 얻었다.
광부가물의 구조는 자외선 및 적외선 분광분석법, 질량 분석과 핵자기공명 분광분석, 유도체와 비교에 의하여 확인하였다. 광부가물 A의 경우, 앞서 보고된 광부가물들과는 달리 TMP의 4-탄소와 아데노신의 4'-탄소 사이에 공유결합이 형성된 구조이다. 아데노신의 반응위치에 대한 선택성이 없는 것으로 부터 이 반응이 라디칼 메카니즘에 의해 진행됨을 알 수 있다.
광부가물 I과 II (III과 IV, V와 VI)은 상온에서 서로 평형 상태를 이루고 있으며, 이는 자외선 스펙트럼과 고압력 역상 크로마토그라피로 부터 확인 할 수 있다. 광부가물 I, III, V와 II, IV, VI의 자외선 스펙트럼은 각각 257 nm와 248 nm에서 흡수 극대점을 나타내었으며 장파장 부근의 흡수띠가 사라진 것으로 보아 TMP의 락톤고리가 포화되었음을 알 수 있었고 이것은 적외선 스펙트럼 분석 결과와도 일치하였다. EI와 HR 질량 분석 결과로 부터 I-IV는 TMP와 에타놀의 1:1 광부가물 V-VI은 TMP와 메타놀의 1:1 광부가물임을 확인하였다. 광부가물의 핵자기 공명 스펙트럼에서, 높은 장에서 나타나는 메틸 공명 신호가 모두 짝지음이 없는 단일 피크로 나타나는 것으로 부터 광부가물들은 모두 TMP의 4-탄소에서 반응이 일어났음을 알 수 있다. 알콜의 공명 피크는 광부가물 I-IV의 경우는 이중항과 사중항의 쌍으로, V-VI의 경우는 이중항의 쌍으로 나타났다. 이로부터, TMP와 알콜의 광부가물은 TMP의 4-탄소와 알콜의 히드록시기의 $\alpha$-위치의 탄소 사이에 공유 결합이 형성된 구조임을 알 수 있다. 광부가 물 I과 II(III와 IV, V와 VI) 사이의 평형은 분자내 전이에스터화에 의하여 형성된다.
TMP와 알콜의 광부가물은 TMP와 알콜, 아데노신이 함유된 고체 필름 상태에서만 형성되며, 아데노신이 존재하지 않은 필름이나 알콜 용액에서는 형성되지 않는다. 또한, TMP와 라이보스로 만들어진 필름에 빛을 쪼여도, TMP와 라이보스 사이의 광부가물은 형성되지 않으므로, 아데닌 고리가 광반응에 중요한 역할을 함을 알 수 있다. 아데노신에 대해 고유한 소랄렌 유도체와의 상호 작용은 소랄렌과 DNA의 광반응에서 관찰되는 아데닌과 티민의 교차 연쇄된 영역에 대한 광반응의 선택성과 잘 일치한다.
아데노신, 구아노신, 티미딘, 사이티딘과 같은 DNA의 염기와 소랄렌 유도체의 상호 작용을 자외선 분광 분석과 형광 분석을 이용하여 연구하였다. 퓨린 염기인 아데노신과 티미딘은 피리미딘 염기인 티미딘과 사이티딘보다 바닥 상태의 소랄렌과 복합체를 잘 형성하며, 단일 여기 상태의 소랄렌을 효율적으로 소광시킨다. DNA 내에서 일어나는 소랄렌과 티민과의 광반응에 대한 특정 DNA 영역에 대한 선택성을 설명하기 위하여 아데노신에 의해 매개되는 단일 여기 상태의 소랄렌 유도체와 아데노신 사이의 전자 이동에 의한 메카니즘을 제안하였다.
