CZY OKSYDACYJNE USZKODZENIA

DNA MAJĄ ZNACZENIE KLINICZNE ?

Katedra Biochemii Klinicznej,

Collegium Medicum UMK w Bydgoszczy

European Institute of Environmental Cancer (EIEC), Łódź-2012

„W świecie materii rzeczy mają się tak, że każde ciało kryje w sobie zarazem i życie i śmierć; wszystko jest jednocześnie lekarstwem i trucizną, toksykologia i

farmakologia są jednym i tym samym, bo trucizna ma własności lecznicze, a to co uchodzi za życiodajne,

zabija w pewnych warunkach.”

Tomasz Mann – „Czarodziejska góra”

D. C. Wallace et al.. Nature Gen 1998, 19 105-106

8-Oksy-2’-deoksyguanozyno-5’-trifosforan (8-oxo-

dGTP)

jako produkt wolnorodnikowego uszkodzenia

substratu dla syntezy DNA

HN

N N

N

O

O H

H2N

O

H

H H

HOH

CH2

H

OPOPOP

O

OH

O

OH

O

HO

OH

HN

N N

N

O

H2N

O

H

H H

HOH

CH2

H

OPOPOP

O

OH

O

OH

O

HO

OH

2’-deoksyguanozyno-5’-trifosforan

dGTP 8-oksy-2’-deoksyguanozyno-5’-trifosforan

8-oxo-dGTP

Mutagenność 8-oxo-dGTP wynika z potencjału błędnego

parowania 8-oksyguaniny, zmodyfikowanej zasady

wchodzącej w skład tego nukleotydu

OOR

OR

N

N

N

N

N

HH

H

NH2N

O

O

N

N

N

H

O

OR

OR

NN

O

N H

H

H

HH N

N

N

NO O

N

H

OOR

OR

O

OR

OR

A

B

adenina

8-oksyguanina

8-oksyguanina

cytozyna

HN

N

CH3

OH

O

O

H

5-hydroxy-5-methylhydantoin

HN

NO H

CH2OH

O

H

5-(hydroxymethyl)uracil thymine glycol

HN

NO

OH

CH3

O

H

OH

H

5-hydroxycytosine

N

NO H

OH

NH2

H

HN

NO OH

OH

O

H

5,6-dihydroxyuracil 5-hydroxyuracil

HN

NO H

OH

O

H

5-hydroxy-5-methylhydantoin

HN

N

H

OH

O

O

H

N

NN

N

O

NH2 H

H

8-oxoadenine 2-hydroxyadenine

N

NN

N

NH2

H

HO

8-oxoguanine

HN

NN

N

O

OH

H

H2N

N

N

OH

NH CHO

NH2H2N

2,6-diamino-4-hydroxy-

-5-formamidopyrimidine

(fapyguanine)

4,6-diamino-5-formamido-

pyrimidine

(fapyadenine)

N

N

NH2

NH CHO

NH2

Obrona antyoksydacyjna

• Witamina C (kwas askorbinowy)

• Witamina E (a-tokoferol)

• Witamina A (retinol)

• Kwas moczowy

• Glutation

• Peroksydaza glutationowa

• Dysmutaza ponadtlenkowa

• Katalaza

Komórkowa naprawa DNA

• BER

• NER

• SSBR

Stres oksydacyjny

• Rodnik hydroksylowy

• Nadtlenek wodoru

• Rodnik ponadtlenkowy

• Reaktywne formy azotu

• Metabolizm

• Stany zapalne

• Promieniowanie jonizujące

• Promieniowanie UV

• Toksyny

• Lekarstwa wchodzące w

cykl utleniania i redukcji

DNA

REPAIR

STEADY-STATE LEVEL

of 8-oxodG in cellular DNA

GENERATION OF ROS

NER

8-oxodG

Urinary

8-oxodG

&

8-oxoGua

dNTP

Pool Nucleotidase(s)?

8-oxoGua

8-oxo-Gua

DNA glycosylases

e.g.a hOGG1

8-oxodGMP

8-oxodGTPase

8-oxodG

Nucleus

A 8-oxoG

5-OHMetUra

SMUG

5-OHMetUra

Urinary

5-OHMetUra

CONCLUSIONS

•There appears to be no limit to the number of pathological conditions in which elevated ODD has been reported. Of course, the mere presence of damage is not proof of a causative link, although, given the close link between ROS formation and oxidative DNA damage and the importance of DNA damage and mutation in carcinogenesis, it is not a large leap of intuition to link oxidative DNA lesions and cancer.

•The involvement of ODD in the pathogenesis of other diseases remains elusive.

Wykres rozrzutu (jeli to 21-06-2006 Ver6.0.sta 63v*310c)

toc = Wygładzanie najmniejszych kwadratów ważone odległościami

oxodgmocz = Wygładzanie najmniejszych kwadratów ważone odległościami

toc(L)

oxodgmocz(R)2004/0

1/2

6

2004/0

3/3

0

2004/0

6/0

2

2004/0

8/1

6

2004/1

0/1

8

2004/1

2/1

7

2005/0

3/0

2

2005/0

5/0

4

2005/0

7/0

6

2005/0

9/0

7

2005/1

1/0

8

2006/0

3/1

5data pobrania

7,0100

12,4990

17,8624

23,2343

28,6850

34,0303

39,4177

45,0248

51,2372

70,0114

-2

0

2

4

6

8

10

Euchromatin

Heterochromatin

Nuclear matrix

Nuclei

0

1

2

3

4

5

6

7

8-o

xo

dG

/106

dN

mean 95% CI SD

* p<0.05

*** *

Mean levels of 8-oxodG in intact nuclei and different

nuclear fractions

Białystok, 10-13 November 2011

EuchromatinHeterochromatin

Nuclear matrixNuclei

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

S-c

dA

/10

6 dN

mean

95% CI

SD

Mean levels of S-cdA in intact nuclei and different nuclear

fractions

Białystok, 10-13 November 2011

Structures of R-cdA and S-cdA

Bialystok, 10-13 November 2011

(5΄S)-8,5΄-cyclo-2΄-

deoxyadenosine

(S-cdA)

(5΄R)-8,5΄-cyclo-2΄-

deoxyadenosine

(R-cdA)

Jaruga P. et al. (2010) Evidence for the Involvement of DNA Repair Enzyme NEIL1

in Nucleotide Excision Repair of (5’R)- and (5’S)-8,5’-Cyclo-2’-deoxyadenosines.

Biochemistry 49: 1053–1055

How may 8-oxodG presence in DNA regulate

transcriptional activation? – some mechanistical aspects

Amente S. et al. (2010) DNA oxidation drives Myc mediated transcription.

Cell Cycle 9: 3002-3004.

Bialystok, 10-13 November 2011

Control Group

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0

5-metdC/dC+5-metdC [%]

1

2

3

4

5

6

7

8

98-o

xo

dG

/10

6 d

Gr = - 0.3436

p = 0.0003

/J. Guz et al. Mutation Research 640 (2008) 170–173/

DNA demethylation pathways

• In one of the key paper of the field published in recent issue of Nature it has been

stated; “LC/MS constitutes a gold standard in global quantification of 5hmC butrequires

extensive expirience in LC/MS methods” [Branco, M. R., Ficz, G., and Reik, W., Uncovering the role

of 5-hydroxymethylcytosine in the epigenome, Nat.Rev.Genet. 13 (2012) 7-13].