A New Trick (Hydroxyl Radical Generation) for an Old Vitamin (B₁₂)

Abstract

Photolysis of hydroxocobalamin in the presence of plasmid DNA (pBR322) results in DNA cleavage. Temporal control of hydroxyl radical production and DNA strand scission by hydroxocobalamin was demonstrated using a 2-deoxyribose assay and a plasmid relaxation assay, respectively. The light-driven hydroxocobalamin-mediated catalytic formation of hydroxyl radicals was demonstrated using radical scavenging studies of DNA cleavage and via recycling of a hydroxocobalamin-resin several times without loss of efficacy.

Excited electronic states and internal conversion in cyanocobalamin

“…In addition to the native biological function, cobalamin cofactors have recently received increased attention as a vehicle for optically controlled drug delivery and as a source of hydroxyl radicals [11,12] and as antivitamins [13,14]. The effective development of photoactive cobalamin compounds requires a detailed understanding of the intramolecular and intermolecular factors that control their photochemistry and photophysics.…”

Magische Radikalchemie mit B12: B12‐katalysierte lichtinduzierte Spaltung von DNA

“…[10] In einer kürzlich vorgestellten Studie konnte jedoch die Bildung von Hydroxylradikalen durch die Photolyse von 3 in der Gegenwart von Sauerstoff nachgewiesen werden (Schema 3). [11] Diese photochemisch hergestellten Hydroxylradikale spalteten doppelsträngige zirkuläre Plasmid-DNA mehrfach, was auf einen "multiple turnover" des B 12 [11] entwickelte Methode jedoch ermçglicht durch die Verwendung von Hydroxocobalamin (3) als Radikalquelle auch intrazellulär eine zeitliche Kontrolle aufgrund der Lichtabhängigkeit des photokatalytischen Zyklus. Darüber hinaus konnte durch den Einsatz des Photokatalysators 4, der durch Konjugation des DNA-bindenden Moleküls Spermin an 3 hergestellt wurde, eine hundertfache Steigerung der Strangspaltungseffizienz gegenüber jener von Hydroxocobalamin erzielt werden.…”

“…Die faszinierende effektive Inertheit des B 12 -Derivates 3 unter reaktiven radikalischen Reaktionsbedingungen in der Studie von Shell und Lawrence [11] erinnert an das Verhalten von Coenzym B 12 (1) und Methylcobalamin (2). Diese photolabilen metallorganischen Cofaktoren bleiben bekanntermaßen ebenfalls insgesamt gesehen unverändert, wenn ihre (Sauerstoff-freien) wässrigen Lçsungen mit Licht bestrahlt werden.…”

“…Shell und Lawrence haben nun die bemerkenswerte Vielseitigkeit der Cobalamine in radikalischen Reaktionen noch erweitert, indem sie Hydroxocobalamin als photokatalytische Quelle von Hydroxylradikalen für die Untersuchung komplexer biologischer Proben wie DNA genutzt haben. [11] Diese neue Strategie ist besonders vielversprechend für intrazelluläre Anwendungen, da sowohl Initiation als auch Terminierung der Radikalreaktion durch sichtbares Licht kontrolliert werden kçnnen. Das "alte Vitamin" wurde so zu einem neuen Hilfsmittel, das dazu beiträgt, die verfügbaren Techniken für die Strukturuntersuchung komplexer zellulärer Komponenten zu erweitern.…”

More Radical Magic with B12: B12‐Catalyzed, Light‐Induced Cleavage of DNA

“…[10] However, a recent investigation provided evidence for the formation of a hydroxy radical by photolysis of 3 (Scheme 3). [11] In this study, photolysis of 3 in the presence of oxygen was used to cleave plasmid DNA via photochemically generated hydroxy radicals. This process led to multiple breaks of the (double-stranded) circular plasmid DNA as the proposed result from attack by the hydroxy radicals.…”