8-oxo-7,8-dihydro-2′-dexyoguanine (8-oxo-dG) can be tautomerized to a 6-enolate,8-keto tautomer through nearby-NH deprotonation at elevated pH. In this work, the N3-protonated 8-oxo-dG tautomers in deuterated pH-buffer solutions were studied using steady-state UV/Vis, FTIR, and ultrafast two-dimensional IR spectroscopies. The presence of 6,8-diketo and C6-anionic tautomers at neutral to basic conditions (pD = 7.4–12.0) was revealed by UV/Vis and FTIR results and was further confirmed by 2D IR signals in both diagonal and off-diagonal regions. However, the C6-enol tautomer, which may be an intermediate during the transition from 6,8-diketo to C6-enolate,C8-keto, was not observed appreciably due to its extreme low population. Furthermore, the neutral-to-anionic tautomeric transition of N3H-8-oxo-dG studied in this work occurs under more basic conditions than the N1H-8-oxo-dG reported previously, showing a higher pKa value for N3H than N1H. Finally, vibrational relaxation of the carbonyl stretching mode was found to be both molecular site dependent and pD dependent for 8oxo-dG. Taken together, this work shows that the ultrafast infrared spectroscopic method is effective for examining tautomers and their dynamics in nucleic acids.
REFERENCES
1.
J.
Cadet
, M.
Berger
, T.
Douki
, and J.-L.
Ravanat
, Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol.
131
, 1
(1997
).2.
M.
Dizdaroglu
, Cancer Lett.
327
, 26
(2012
).3.
H. J.
Helbock
, K. B.
Beckman
, M. K.
Shigenaga
, P. B.
Walter
, A. A.
Woodall
, H. C.
Yeo
, and B. N.
Ames
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
95
, 288
(1998
).4.
S.
Steenken
, S. V.
Jovanovic
, M.
Bietti
, and K.
Bernhard
, J. Am. Chem. Soc.
122
, 2373
(2000
).5.
P.
Diamantis
, I.
Tavernelli
, and U.
Rothlisberger
, J. Chem. Theory Comput.
16
, 6690
(2020
).6.
M. M.
Moe
, M.
Tsai
, and J.
Liu
, ChemPlusChem
86
, 1243
(2021
).7.
H.
Kasai
, Mutat. Res.
387
, 147
(1997
).8.
S. K.
Urbaniak
, K.
Boguszewska
, M.
Szewczuk
, J.
Kaźmierczak-Barańska
, and B. T.
Karwowski
, Molecules
25
, 202
(2020
).9.
S. J.
Culp
, B. P.
Cho
, F. F.
Kadlubar
, and F. E.
Evans
, Chem. Res. Toxicol.
2
, 416
(1989
).10.
Y. H.
Jang
, W.
Goddard
, K. T.
Noyes
, L.
Sowers
, S.
Hwang
, and D. S.
Chung
, Chem. Res. Toxicol.
15
, 1023
(2002
).11.
K. E.
McAuley-Hecht
, G. A.
Leonard
, N. J.
Gibson
, J. B.
Thomson
, W. P.
Watson
, W. N.
Hunter
, and T.
Brown
, Biochemistry
33
, 10266
(1994
).12.
M. L.
Hamm
, K. A.
Crowley
, M.
Ghio
, L.
Del Giorno
, M. A.
Gustafson
, K. E.
Kindler
, C. W.
Ligon
, M. A. M.
Lindell
, E. J.
McFadden
, C.
Siekavizza-Robles
, and M. R.
Summers
, Biochemistry
50
, 10713
(2011
).13.
W. L.
Neeley
and J. M.
Essigmann
, Chem. Res. Toxicol.
19
, 491
(2006
).14.
X.
Cheng
, C.
Kelso
, V.
Hornak
, C.
de los Santos
, A. P.
Grollman
, and C.
Simmerling
, J. Am. Chem. Soc.
127
, 13906
(2005
).15.
M.
Madsen
and K. V.
Gothelf
, Chem. Rev.
119
, 6384
(2019
).16.
H.
Shen
, Y.
Wang
, J.
Wang
, Z.
Li
, and Q.
Yuan
, ACS Appl. Mater. Interfaces
11
, 13859
(2019
).17.
P.
Shi
and Y.
Wang
, Angew. Chem., Int. Ed.
60
, 11580
(2021
).18.
T.
Giorgi
, S.
Lena
, P.
Mariani
, M. A.
Cremonini
, S.
Masiero
, S.
Pieraccini
, J. P.
Rabe
, P.
Samorì
, G. P.
Spada
, and G.
Gottarelli
, J. Am. Chem. Soc.
125
, 14741
(2003
).19.
K. N.
Rogstad
, Y. H.
Jang
, L. C.
Sowers
, and W. A.
Goddard
, Chem. Res. Toxicol.
16
, 1455
(2003
).20.
N.
Jayanth
, S.
Ramachandran
, and M.
Puranik
, J. Phys. Chem. A
113
, 1459
(2009
).21.
M.
Szczesniak
, K.
Szczepaniak
, J. S.
Kwiatkowski
, K.
KuBulat
, and W. B.
Person
, J. Am. Chem. Soc.
110
, 8319
(1988
).22.
Z.
Yang
and M. T.
Rodgers
, Phys. Chem. Chem. Phys.
6
, 2749
(2004
).23.
P.
Cysewski
and D.
Jeziorek
, J. Mol. Struct.: THEOCHEM
430
, 219
(1998
).24.
M.
Aida
and S.
Nishimura
, Mutat. Res. Lett.
192
, 83
(1987
).25.
D.
Venkateswarlu
and J.
Leszczynski
, J. Comput.-Aided Mol. Des.
12
, 373
(1998
).26.
B. P.
Cho
, F. F.
Kadlubar
, S. J.
Culp
, and F. E.
Evans
, Chem. Res. Toxicol.
3
, 445
(1990
).27.
B. P.
Cho
, Mag. Res. Chem.
31
, 1048
(1993
).28.
Y.
Zhang
, J.
Dood
, A.
Beckstead
, J.
Chen
, X.-B.
Li
, C. J.
Burrows
, Z.
Lu
, S.
Matsika
, and B.
Kohler
, J. Phys. Chem. A
117
, 12851
(2013
).29.
S.
Park
, K.
Kwak
, and M. D.
Fayer
, Laser Phys. Lett.
4
, 704
(2007
).30.
P.
Hamm
and M. T.
Zanni
, Concepts and Methods of 2D Infrared Spectroscopy
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 2011
).31.
J.
Wang
, Int. Rev. Phys. Chem.
36
, 377
(2017
).32.
A. T.
Krummel
and M. T.
Zanni
, J. Phys. Chem. B
110
, 13991
(2006
).33.
A. T.
Krummel
and M. T.
Zanni
, J. Phys. Chem. B
110
, 24720
(2006
).34.
C.
Lee
and M.
Cho
, J. Chem. Phys.
126
, 145102
(2007
).35.
C. S.
Peng
, K. C.
Jones
, and A.
Tokmakoff
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 15650
(2011
).36.
A. J.
Schmitz
, D. G.
Hogle
, X. S.
Gai
, E. E.
Fenlon
, S. H.
Brewer
, and M. J.
Tucker
, J. Phys. Chem. B
120
, 9387
(2016
).37.
P.
Hamm
, M.
Lim
, W. F.
DeGrado
, and R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
96
, 2036
(1999
).38.
A.
Remorino
and R. M.
Hochstrasser
, Acc. Chem. Res.
45
, 1896
(2012
).39.
C. S.
Peng
and A.
Tokmakoff
, J. Phys. Chem. Lett.
3
, 3302
(2012
).40.
V.
Singh
, C. S.
Peng
, D.
Li
, K.
Mitra
, K. J.
Silvestre
, A.
Tokmakoff
, and J. M.
Essigmann
, ACS Chem. Biol.
9
, 227
(2014
).41.
D.
Li
, B. I.
Fedeles
, V.
Singh
, C. S.
Peng
, K. J.
Silvestre
, A. K.
Simi
, J. H.
Simpson
, A.
Tokmakoff
, and J. M.
Essigmann
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
111
, E3252
(2014
).42.
C. S.
Peng
, B. I.
Fedeles
, V.
Singh
, D.
Li
, T.
Amariuta
, J. M.
Essigmann
, and A.
Tokmakoff
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
, 3229
(2015
).43.
X.
Dong
, S.
Wang
, P.
Yu
, F.
Yang
, J.
Zhao
, L.-Z.
Wu
, C.-H.
Tung
, and J.
Wang
, J. Phys. Chem. B
124
, 544
(2020
).44.
G. W.
Trucks
, M. J.
Frisch
, H. B.
Schlegel
, G. E.
Scuseria
, M. A.
Robb
, J. R.
Cheeseman
, G.
Scalmani
, V.
Barone
, B.
Mennucci
, G. A.
Petersson
, H.
Nakatsuji
, M.
Caricato
, X.
Li
, H. P.
Hratchian
, A. F.
Izmaylov
, J.
Bloino
, G.
Zheng
, J. L.
Sonnenberg
, M.
Hada
, M.
Ehara
, K.
Toyota
, R.
Fukuda
, J.
Hasegawa
, M.
Ishida
, T.
Nakajima
, Y.
Honda
, O.
Kitao
, H.
Nakai
, T.
Vreven
, J. A.
Montgomery
, Jr., J. E.
Peralta
, F.
Ogliaro
, M.
Bearpark
, J. J.
Heyd
, E.
Brothers
, K. N.
Kudin
, V. N.
Staroverov
, R.
Kobayashi
, J.
Normand
, K.
Raghavachari
, A.
Rendell
, J. C.
Burant
, S. S.
Iyengar
, J.
Tomasi
, M.
Cossi
, N.
Rega
, J. M.
Millam
, M.
Klene
, J. E.
Knox
, J. B.
Cross
, V.
Bakken
, C.
Adamo
, J.
Jaramillo
, R.
Gomperts
, R. E.
Stratmann
, O.
Yazyev
, A. J.
Austin
, R.
Cammi
, C.
Pomelli
, J. W.
Ochterski
, R. L.
Martin
, K.
Morokuma
, V. G.
Zakrzewski
, G. A.
Voth
, J. J. D. P.
Salvador
, S.
Dapprich
, A. D.
Daniels
, O.
Farkas
, J. B.
Foresman
, J. V.
Ortiz
, J.
Cioslowski
, and D. J.
Fox
, Gaussian 09, Revision D.01
, Gaussian, Inc.
, Wallingford, CT
, 2009
.45.
H. T.
Miles
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
47
, 791
(1961
).46.
T.
Lu
and F.
Chen
, J. Comput. Chem.
33
, 580
(2012
).47.
J.
Wang
and R. M.
Hochstrasser
, Chem. Phys.
297
, 195
(2004
).48.
J.
Zheng
, K.
Kwak
, J.
Asbury
, X.
Chen
, I.
Piletic
, and M.
Fayer
, Science
309
, 1338
(2005
).49.
Y. S.
Kim
and R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
102
, 11185
(2005
).50.
M.
Banno
, K.
Ohta
, S.
Yamaguchi
, S.
Hirai
, and K.
Tominaga
, Acc. Chem. Res.
42
, 1259
(2009
).51.
P.
Hamm
, M.
Lim
, and R. M.
Hochstrasser
, J. Phys. Chem. B
102
, 6123
(1998
).© 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.
