DNA同源重组修复的分子机制

电离辐射直接造成生物靶分子细胞DNA的损伤，DNA的损伤类型很多，其中以DNA双链断裂（double strand break，DSB）最为严重。DNA DSB的修复较其他类型的DNA损伤更加困难。不修复则可能导致染色体断裂和细胞死亡，而修复不当则可能导致染色体缺失、重排、转位和倒置等，从而易于形成肿瘤等疾病。DNA损伤的不完全修复可导致基因组不稳定，机体细胞为了对抗损伤，发展出多个修复系统来保证基因组的完整性，同源重组修复（homologous recombination repair，HRR）是DNA DSB损伤修复的主要方式，对于保持哺乳动物细胞的基因组完整性十分重要。重组即遗传物质的重排，同源重组是指发生在同源DNA序列间的重组，主要是利用DNA序列间的同源性来识别，而负责配对和重组的蛋白质因子并无碱基序列特异性。     

γ-H2AX分析电离辐射诱发小鼠神经元DNA双链断裂及修复

目的 观察临床剂量的电离辐射后小鼠神经元DNA双链的断裂及修复, 探讨γ-H2AX是否能作为衡量体内正常脑组织神经元DNA双链断裂(DSB)形成和修复的指标。方法 电离辐射诱导DSB形成试验,C57BL/6小鼠行0.1、0.5和1.0 Gy全身照射后10 min,收集脑组织进行分析;DSB修复试验,修复功能正常小鼠(C57BL/6)和修复缺陷鼠(BALB/c, A-T 和SCID)在全身照射2 Gy后0.5、2.5、5、24和48 h收集脑组织进行分析。未照射的小鼠作为对照组。γ-H2AX和NeuN免疫荧光双重染色和免疫组织化学染色分析脑组织神经元DSB形成和修复。结果 DSB形成试验,在对照组脑组织皮质区神经元的细胞核内仅有数目很少的γ-H2AX焦点,而受照射后细胞核内γ-H2AX焦点数目显著增加,并显示出明显的剂量相关。通过分析不同放射敏感性的小鼠电离辐射后脑组织皮质区神经元的DSB修复动力学,发现C57BL/6小鼠细胞核内γ-H2AX焦点随时间的延长迅速减少,在照射后24和48 h仅有很低水平DSB未修复;而免疫缺陷SCID鼠在照射后所有的时间点都显示出γ-H2AX焦点的明显增加,A-T小鼠表现出较低的修复缺陷,主要表现在较晚的时间点(≥5 h)γ-H2AX焦点的中度增加;放射敏感的BALB/c小鼠与C57BL/6小鼠相比γ-H2AX焦点数量轻度增加。结论 γ-H2AX焦点分析可以作为一项精确的量化指标,在体内衡量临床相关剂量电离辐射诱导的DSB形成和修复。     

细胞辐射敏感性与DNA双链断裂及修复相关性研究

细胞的辐射敏感性一般由辐照后细胞的存活情况来衡量。细胞的辐射敏感性存在差异，不同个体不同组织来源的细胞对于同种辐射的反应不同，而同种细胞对不同的辐射的反应也存在明显差异。研究表明，DNA是辐射的靶，电离辐射可以引起多种形式的DNA损伤，改变碱基和糖类，引起DNA—DNA和DNA-蛋白之间的交联，同时可以引起DNA单链断裂（single strand break，SSB）和DNA双链断裂（double strand break，DSB）。大量的中性洗脱实验证明DSB是引起细胞死     

miR-375-3p抑制DNA双链断裂的同源重组修复增强结直肠癌细胞放射敏感性的研究

目的:探究miR-375-3p调控结直肠癌细胞放射敏感性的作用和机制。方法:在结直肠癌细胞HCT116及HT29中过表达miR-375-3p,利用CCK-8法检测细胞增殖能力,利用克隆形成实验检测细胞克隆形成能力,利用Annexin V-FITC/PI双染法流式细胞术检测细胞凋亡,利用流式细胞术检测细胞周期分布。过表达...     

DNA双链断裂残留损伤与癌细胞辐射敏感性研究

目的 了解不同组织来源癌细胞株和人体肿瘤组织原代细胞的DNA双链断裂损伤修复的个体差异性,探寻预测癌细胞辐射敏感性的生物指标。方法 ⁶⁰Co γ射线照射诱发DNA损伤,脉冲电场凝胶电泳检测DNA双链断裂损伤修复,细胞克隆形成能力法检测细胞辐射敏感性。结果 8个不同组织来源癌细胞株的辐射敏感性有较大的差异(D₀为0.65~2.15 Gy),不同细胞株20 Gy γ射线照射诱发产生的DNA双链断裂原初损伤有一定的差别,但与细胞辐射抗性无相关性。辐射敏感细胞SX-10的DNA双链断裂修复缺陷发生在早期快速修复相,而A2780细胞的修复缺陷是发生在晚期慢速修复相。20 Gy照射修复2 h后DNA双链断裂残留量与细胞辐射敏感性指标D₀或SF₂值有显著的相关性。不同个体患者脑肿瘤组织原代细胞之间,辐射诱发DNA双链断裂的修复反应存在明显差异,修复2 h后残留损伤的个体差异性分布类似于癌细胞株。结论 DNA双链断裂残留损伤与癌细胞辐射抗性有显著相关性,可作生物指标预测肿瘤组织细胞对放射治疗的反应性。     

Tip60基因沉默对细胞DNA双链断裂修复和辐射敏感性的影响

目的 探讨Tip60对细胞辐射敏感性的影响及相关机制。方法 采用siRNA和Tip60乙酰转移酶抑制剂漆树酸,抑制U2OS细胞中Tip60的表达或乙酰转移酶活性;用克隆形成率分析细胞对⁶⁰Co γ射线的敏感性;采用γ-H2AX原位免疫荧光集簇点法,检测DNA双链断裂损伤修复;用免疫共沉淀检测蛋白质的相互作用。结果 siRNA沉默Tip60表达明显提高了U2OS细胞对1、2 Gy中、低剂量γ射线的敏感性(t=3.364、3.979,P＜0.05),但对4 Gy大剂量照射的细胞存活率无明显影响。γ-H2AX集簇点检测结果表明,照射后1、4和8 h,Tip60失活导致细胞DNA双链断裂修复能力降低(t=3.875、3.183和3.175, P<0.05)。细胞在受到电离辐射损伤后,Tip60与DNA修复蛋白DNA-PKcs发生相互作用,漆树酸能抑制DNA-PKcs的T2609位点的磷酸化。结论 Tip60通过与DNA-PKcs相互作用,调控细胞DNA双链断裂修复机制,对细胞辐射敏感性产生影响。     

DNA双链断裂修复途径中重要的修复蛋白

DNA双链断裂修复是DNA损伤最主要的修复途径之一,修复基因可以修复DNA损伤,保持遗传信息的完整性,从而抑制肿瘤的发生。目前已知参与DNA双链断裂损伤修复的机制有两种——非同源性末端连接和同源重组修复机制。该文介绍了参与非同源末端连接和同源重组修复机制的几种重要的修复蛋白。     

用Red介导的同源重组结合酶切改构质粒DNA

目的：用Red介导的单链寡核苷酸体内同源重组结合限制酶切方法对pBR322-Red质粒中的DNA序列进行精确的缺失突变。方法：用合成的单链寡核苷酸打靶分子电击转化W3110(pBR322-Red)宿主菌，利用Red提供的同源重组功能敲除从kil基因至Ⅳ基因长约2100bp的DNA序列，并用kil-N序列中含有的单一酶切位点Xho Ⅰ对混合质粒进行酶切，取酶切产物转化W3110感受态细胞，菌落PCR方法筛选重组阳性克隆。结果：在没有任何筛选标记的情况下，用菌落PCR方法从10个菌落中成功挑选出1个重组阳性克隆。结论：该方法操作简单、精确，能够避免引入新突变。为DNA序列的缺失突变提供了一种新方法。     

α—粒子诱发BEP2D2细胞癌变系的DNA断裂重接修复缺陷与XRCCs修复基因mRNA表达研究

目的 研究α粒子诱发人支气管上皮细胞（BEP2D）癌变细胞系BERP35T－1和BERP35T－4的DNA断裂损伤修复能力，分析其DNA断裂修复基因XRCCs系列的mRNA表达。方法 脉冲电场凝胶电泳法检测DNA双链断裂，RT－PCR分析DNA修复基因的mRNA表达。结果 恶笥转化细胞系BERP35T－1和BERP35T－4受0－150Gy γ射线照射后修复4h的DNA断裂残留损伤显著高于亲本BEP2D细胞，mRNA表达分析显示修复基因XRCC2，XRCC3和Ku80(XRCC5)表达下调2.5-6.5倍，而BERP355－R细胞中DNA－PKcs(XRCC7)表达上调2．4倍。结论 α粒子诱发恶性转化细胞系的DNA链断裂修复机理缺陷，其中部分原因是DNA修复基因的表达抑制。DNA修复缺陷将导致细胞基因组不稳定性，α粒子诱发细胞恶性转化机理可能与此相关。     

γ-H2AX分析用于检测电离辐射致HepG2细胞DNA双链断裂的研究

目的 应用γ-H2AX分析检测电离辐射导致肝癌细胞株HepG2基因组DNA双链断裂的情况，并检测在不同细胞周期时相中的表达差异，从而了解不同时相HepG2细胞株的辐射敏感性。方法利用胸腺嘧啶核苷（TdR）阻断HepG2细胞于G1期末，于不同时间点分别得到同步化的S期和G2/M期细胞，用60Coγ射线照射细胞，建立DNA双链断裂模型，采用免疫荧光法和Westemblotting检测γ-H2AX的表达。结果TdR阻断后继续培养至34和40h，分别得到了较高同步化程度的S期和G2／M期HepG2细胞；受照后的HepG2细胞中Y-H2AX表达较照射前显著增高，处于S期的细胞γ-H2AX表达增加更为突出。结论不同周期时相的HepG2细胞受照后均检测出不同程度的DNA双链断裂，其中S期细胞尤为敏感。γ-H2AX对DNA双链断裂快速敏感的反应使γ-H2AX分析在检测早期DNA双链损伤中具有广泛的廊用前景。     

ZNF451通过调控53BP1/MDC1促进A549和HeLa细胞DNA损伤修复

目的:探究SUMO E3连接酶(zinc finger protein 451,ZNF451)介导非小细胞肺癌A549细胞和宫颈癌HeLa细胞DNA损伤修复的功能及机制。方法:采用γ射线或依托泊苷处理A549细胞和HeLa细胞,CCK-8法检测细胞增殖活力,蛋白免疫印迹法检测蛋白表达量。DR-GFP质粒系统检测DNA损...     

单细胞凝胶电泳检测辐射诱导的DNA双链 断裂修复时效性研究

目的 探讨细胞DNA辐射损伤修复时效性,拟合修复曲线和修复平面模型,提高其在辐射生物剂量估算中应用的准确性。方法 通过对离体外周血淋巴细胞用不同剂量γ射线照射后3、24、48 和72 h进行中性单细胞凝胶电泳实验,检测辐射诱导的DNA双链断裂修复程度。结果 照射后不同时间点的剂量-效应曲线和不同剂量点的修复曲线拟合度均较高(r >0.98, P <0.01),将两者结合后,拟合的曲面光滑度较好。结论 不同剂量下的损伤修复呈线性关系,修复曲面模型可用于辐射原发损伤估算。     

Ku70对同源重组修复蛋白Rad51的调节作用

目的 研究非同源末端连接(NHEJ)蛋白Ku70对同源重组(HR)修复蛋白Rad51的调节作用,初步探讨HR与NHEJ间协同作用的机制。 方法 采用Western blot法观察特异性增高和降低Ku70蛋白水平后Rad51蛋白表达水平的变化情况。 结果 靶向Ku70基因小干扰RNA(siRNA)单纯转染组Rad51蛋白的表达水平较空白对照组明显下降;Ku70高表达载体PGCsi3.0-hKu70转染肿瘤细胞后,随着Ku70表达水平的升高,Rad51水平也随之升高。 结论 Ku70可能对Rad51有正调控作用,NHEJ可能通过Ku70对Rad51的调节来实现其与HR的协同作用。     

EGFR和NRF2对电离辐射导致的DNA损伤修复的影响

目的 探讨表皮生长因子受体（EGFR）和核转录因子E2相关因子2（NRF2）对人宫颈癌HeLa细胞受到电离辐射损伤后的DNA损伤响应及修复作用。 方法 将人宫颈癌HeLa细胞按2种处理方式分组：（1）采用小干扰RNA敲降HeLa细胞中的EGFR,采用137Cs γ射线照射源照射细胞。将HeLa细胞分为对照组（HeLa siCtrl）、敲降EGFR组（HeLa siEGFR）、照射组（HeLa siCtrl+8 Gy）、敲降EGFR+照射组（HeLa siEGFR+8 Gy）。采用免疫荧光实验（8 Gy照射后6、12、24 h）检测细胞中磷酸化组蛋白H2A变异体（γ-H2AX）foci的数量;采用实时荧光定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）检测NRF2下游靶基因;采用流式细胞术检测EGFR对HeLa细胞周期的影响;采用核质分离实验分离HeLa细胞的胞质蛋白和胞核蛋白;采用蛋白质免疫印迹法检测NRF2、EGFR、血红素氧合酶1（HO-1）、共济失调毛细血管扩张突变基因Rad3相关激酶（ATR）Thr1989位点的磷酸化水平、检查点激酶1（CHK1）在Ser345位点的磷酸化水平。（2）采用小干扰RNA敲降HeLa细胞中的NRF2,采用137Cs γ射线照射源照射细胞。将HeLa 细胞分为对照组（HeLa siCtrl）、敲降NRF2组（HeLa siNRF2）、照射组（HeLa siCtrl+8 Gy）、敲降NRF2+照射组（HeLa siNRF2+8 Gy）。采用免疫荧光实验检测细胞中γ-H2AX foci的数量。符合正态分布的计量资料的组间比较采用两独立样本t检验（方差齐）。 结果 （1）8 Gy照射6、12、24 h后,HeLa siEGFR+8 Gy组细胞中γ-H2AX foci的数量均多于HeLa siCtrl组[（94.00±1.00）% 对（89.67±2.03）%、（72.33±1.76）% 对（60.00±1.73）%、（43.00±2.31）% 对（26.33±1.20）%],且差异有统计学意义（t=3.919、4.919、6.402,均P<0.05）。与HeLa siCtrl组比较,HeLa siEGFR+8 Gy组的细胞G2/M期阻滞显著受损[（46.53±3.06）%对（37.90±4.61）%],且差异有统计学意义（t=4.384,P<0.05）。与HeLa siCtrl组比较,HeLa siEGFR+8 Gy组的HO-1表达下降66.66%（1.35±0.10对0.45±0.02）,且差异有统计学意义（t=8.782,P<0.05）。敲降EGFR后细胞核内的NRF2蛋白水平降低,辐射引起的NRF2下游ATR-CHK1信号通路活化水平及HO-1蛋白水平均降低。（2）8 Gy照射6、12、24 h后,与HeLa siCtrl组相比,HeLa siNRF2+8 Gy组细胞中γ-H2AX foci的数量均多于HeLa siCtrl组[（96.67±0.88）%对（89.67±2.03）%、（77.33±1.20）% 对（60.00±1.73）%、（54.33±2.19）% 对（26.33±1.20）%],且差异均有统计学意义（t=3.166、4.919、11.220,均P<0.05）。 结论 电离辐射条件下,敲降EGFR可以减少NRF2蛋白入核,抑制ATR-CHK1信号通路激活及下游基因HO-1的表达,降低人宫颈癌HeLa细胞的DNA损伤修复能力。     

Enhanced cellular radiosensitivity induced by cofilin-1 over-expression is associated with reduced DNA repair capacity

Abstract

Purpose: A previous report has indicated that over-expression of cofilin-1 (CFL-1), a member of the actin depolymerizing factor (ADF)/cofilin protein family, enhances cellular radiosensitivity. This study explores the involvement of various DNA damage responses and repair systems in the enhanced cellular radiosensitivity as well as assessing the role of CFL-1 phosphorylation in radiosensitivity.

Materials and methods: Human non-small lung cancer H1299 cells harboring a tet-on gene expression system were used to induce exogenous expression of wild-type CFL-1. Colony formation assays were used to determine cell survival after γ-ray exposure. DNA damage levels were determined by Comet assay. DNA repair capacity was assessed by fluorescence-based DNA repair analysis and antibody detection of various repair proteins. The effects of CFL-1 phosphorylation on radiation responses were explored using two mutant CFL-1 proteins, S3D and S3A. Finally, endogenous CFL-1 phosphorylation levels were investigated using latrunculin A (LA), cytochalasin B (CB) and Y27632.

Results: When phosphorylatable CFL-1 was expressed, radiosensitivity was enhanced after exposure to γ-rays and this was accompanied by DNA damage. Phosphorylated histone H2AX (γ-H2AX) and p53-binding protein-1 (53BP1) foci, as well as Chk1/2 phosphorylation, were apparently suppressed, although ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase activation was apparently unaffected. In addition, two radiation-induced double-strand break (DSB) repair systems, namely homologous recombination repair (HRR) and non-homologous end joining (NHEJ), were suppressed. Moreover, over-expression of CFL-1 S3D and CFL-1 S3A both enhanced radiosensitivity. However, enhanced radiosensitivity and reduced γ-H2AX expression were only detected in cells treated with LA which increased endogenous phospho-CFL-1, and not in cells treated with Y27632, which dephosphorylates CFL-1.

Conclusion: CFL-1 over-expression enhances radiosensitivity and this is associated with reduced DNA repair capacity. Although phosphorylated CFL-1 seems to be involved in radiosensitivity, further studies are required to address the importance of CFL-1 activity to the regulation of radiosensitivity.     

FGF2 mediates DNA repair in epidermoid carcinoma cells exposed to ionizing radiation

Abstract

Purpose: Fibroblast growth factor 2 (FGF2) is a well-known survival factor. However, its role in DNA repair is poorly documented. The present study was designed to investigate in epidermoid carcinoma cells the potential role of FGF2 in DNA repair.

Materials and methods: The side population (SP) with cancer stem cell-like properties and the main population (MP) were isolated from human A431 squamous carcinoma cells. Radiation-induced DNA damage and repair were assessed using the alkaline comet assay. FGF2 expression was quantified by enzyme linked immunosorbent assay (ELISA).

Results: SP cells exhibited rapid repair of radiation induced DNA damage and a high constitutive level of nuclear FGF2. Blocking FGF2 signaling abrogated the rapid DNA repair. In contrast, in MP cells, a slower repair of damage was associated with low basal expression of FGF2. Moreover, the addition of exogenous FGF2 accelerated DNA repair in MP cells. When irradiated, SP cells secreted FGF2, whereas MP cells did not.

Conclusions: FGF2 was found to mediate DNA repair in epidermoid carcinoma cells. We postulate that carcinoma stem cells would be intrinsically primed to rapidly repair DNA damage by a high constitutive level of nuclear FGF2. In contrast, the main population with a low FGF2 content exhibits a lower repair rate which can be increased by exogenous FGF2.     

125I粒子持续低剂量率照射对人喉癌细胞系Hep-2的抑制作用

目的 探讨¹²⁵I粒子持续低剂量率照射对人喉癌细胞Hep-2的抑制作用及其机制。方法 实验分为空白对照组、X射线单次高剂量率照射组（SDR组）、¹²⁵I粒子持续低剂量率照射组（¹²⁵I-CLDR组）。克隆形成实验检测Hep-2细胞在两种照射方式下的放射敏感性,并计算¹²⁵I-CLDR的相对生物学效应。锥虫蓝染色计数两种照射方式下Hep-2细胞的增殖情况。流式细胞仪检测细胞凋亡和细胞周期阻滞情况。Western blot检测细胞内总γ-H2AX的表达水平。结果 Hep-2细胞对¹²⁵I-CLDR的放射敏感性高于SDR,¹²⁵I-CLDR相对生物学效应约为1.61,且α/β比值高于SDR。SDR和¹²⁵I-CLDR均能抑制Hep-2细胞增殖（t=30.9、40.7,P<0.05）,且后者的抑制作用更为明显（t=9.8,P<0.05）。¹²⁵I-CLDR诱导细胞凋亡和G₂/M期细胞阻滞的效应强于SDR（t=5.8、19.8, P<0.05）。结论 ¹²⁵I-CLDR对Hep-2细胞的抑制作用高于SDR,主要机制是降低Hep-2细胞的DNA损伤修复能力,促进细胞死亡;诱导细胞凋亡和G₂/M期阻滞,抑制细胞再增殖。