Cho Chul Koo;Kim Tae Hwan;Yoo Seong Yul;Koh Kyoung Hwan;Kim Mi Sook;Kim Jeong Hee;Kim Seong Ho;Yoon Hyung Keun;Ji Young Hoon
Radiation Oncology Journal
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v.13
no.2
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pp.113-120
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1995
Purpose : To investigate the effect of alkaloid fraction from Korean ginseng on radiation-induced DNA double strand breaks (dsb) formation and repair in murine lymphocytes Materials and Methods : We used the neutral filter elution technique to assay $^{60}Co\;{\gamma}$ ray-induced DNA double strand breaks formation and repair in C57BL/6 mouse spleen lymphocytes for evaluating the dose-response relationship in the presence of alkaloid fraction as a radioprotective agent. The lymphocytes were stimulated with Phytohemagglutinin (PHA, 2 u g/ml) to label $^3[H]-thymidine.$ Isotope-labelled lymphocytes in suspension were exposed to 100 Gy at $0^{\cdot}C$ in the alkaloid fraction-treated group and elution procedure was performed at PH 9.6. The extents of formation of radiation-induced DNA double strand breaks and repair were compared respectively via strand scission factor (SSF) and relative strand scission factor (RSSF). Results: Alkaloid fraction reduced the formation of double strand breaks with dose modification factor of 2 15, compared to control group Rejoining of DNA dsb appeared to take place via two components. The first fast component was completed within 20.4 minutes, but the second slow component was not completed until 220.2 minutes after irradiation. About $30\%$ of dsb formed by irradiation was ultimately unrejoined despite the administration of alkaloid fraction. The administration of alkaloid fraction had a great effect on the second slow component of repair; the half-time of fast component repair was not changed, but that of slow component was 621.8 minutes. Conclusion: Neutral filter elution assay Proved to be a very effective method to quantitate the extents of DNA dsb formation and its repair. By using this technique, we were able to evaluate the efficiency of alkaloid fraction from Korean ginseng as a valuable radioprotector. Alkaloid fraction can be used prophylactically to prevent or ameliorate the severe radiation damages in workers and neighbors around the atomic power plants. For more refined study, however, more advanced purification of alkaloid fraction wil be needed in the near future.
DNA damage responses are important for the maintenance of genome stability and the survival of organisms. Such responses are activated in the presence of DNA damage and lead to cell cycle arrest, apoptosis, and DNA repair. In Caenorhabditis elegans, double-strand breaks induced by DNA damaging agents have been detected indirectly by antibodies against DSB recognizing proteins. In this study we used a comet assay to detect DNA strand breaks and to measure the elimination of DNA strand breaks in mitotic germline nuclei of C. elegans. We found that C. elegans brc-1 mutants were more sensitive to ionizing radiation and camptothecin than the N2 wild-type strain and repaired DNA strand breaks less efficiently than N2. This study is the first demonstration of direct measurement of DNA strand breaks in mitotic germline nuclei of C. elegans. This newly developed assay can be applied to detect DNA strand breaks in different C. elegans mutants that are sensitive to DNA damaging agents.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.1
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pp.1-6
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2009
DNA double-strand breaks (DSBs) occur commonly in the all living and in cycling cells. They constitute one of the most severe form of DNA damage, because they affect both strand of DNA. DSBs result in cell death or a genetic alterations including deletion, loss of heterozygosity, translocation, and chromosome loss. DSBs arise from endogenous sources like metabolic products and reactive oxygen, and also exogenous factors like ionizing radiation. Defective DNA DSBs can lead to toxicity and large scale sequence rearrangement that can cause cancer and promote premature aging. There are two major pathways for their repair: homologous recombination(HR) and non-homologous end-joining(NHEJ). The HR pathway is a known "error-free" repair mechanism, in which a homologous sister chromatid serves as a template. NHEJ, on the other hand, is a "error-prone" pathway, in which the two termini of the broken DNA molecule are used to form compatible ends that are directly ligated. This review aims to provide a fundamental understanding of how HR and NHEJ pathways operate, cause genome instability, and what kind of genes during the pathways are associated with head and neck cancer.
Song Hyun, Kim;Junyoung, Park;Jin Woo, Park;Ja Young, Hahm;Seobin, Yoon;In Jun, Hwang;Keun Pil, Kim;Sang-Beom, Seo
BMB Reports
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v.55
no.11
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pp.541-546
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2022
The repair of DNA double-strand breaks (DSBs) by homologous recombination (HR) is crucial for maintaining genomic integrity and is involved in numerous fundamental biological processes. Post-translational modifications by proteins play an important role in regulating DNA repair. Here, we report that the methyltransferase SET7 regulates HR-mediated DSB repair by methylating TIP60, a histone acetyltransferase and tumor suppressor involved in gene expression and protein stability. We show that SET7 targets TIP60 for methylation at K137, which facilitates DSB repair by promoting HR and determines cell viability against DNA damage. Interestingly, TIP60 demethylation is catalyzed by LSD1, which affects HR efficiency. Taken together, our findings reveal the importance of TIP60 methylation status by SET7 and LSD1 in the DSB repair pathway.
53BP1 is an important genome stability regulator, which protects cells against double-strand breaks. Following DNA damage, 53BP1 is rapidly recruited to sites of DNA breakage, along with other DNA damage response proteins, including ${\gamma}$-H2AX, MDC1, and BRCA1. The recruitment of 53BP1 requires a tandem Tudor fold which associates with methylated histones H3 and H4. It has already been determined that the majority of DNA damage response proteins are phosphorylated by ATM and/or ATR after DNA damage, and then recruited to the break sites. 53BP1 is also phosphorylated at several sites, like other proteins after DNA damage, but this phosphorylation is not critically relevant to recruitment or repair processes. In this study, we evaluated the functions of phosphor-53BP1 and the role of the BRCT domain of 53BP1 in DNA repair. From our data, we were able to detect differences in the phosphorylation patterns in Ser25 and Ser1778 of 53BP1 after neocarzinostatin-induced DNA damage. Furthermore, the foci formation patterns in both phosphorylation sites of 53BP1 also evidenced sizeable differences following DNA damage. From our results, we concluded that each phosphoryaltion site of 53BP1 performs different roles, and Ser1778 is more important than Ser25 in the process of DNA repair.
During meiosis I, programmed DNA double-strand breaks (DSBs) occur to promote chromosome pairing and recombination between homologs. In Saccharomyces cerevisiae, Mec1 and Tel1, the orthologs of human ATR and ATM, respectively, regulate events upstream of the cell cycle checkpoint to initiate DNA repair. Tel1ATM and Mec1ATR are required for phosphorylating various meiotic proteins during recombination. This study aimed to investigate the role of Tel1ATM and Mec1ATR in meiotic prophase via physical analysis of recombination. Tel1ATM cooperated with Mec1ATR to mediate DSB-to-single end invasion transition, but negatively regulated DSB formation. Furthermore, Mec1ATR was required for the formation of interhomolog joint molecules from early prophase, thus establishing a recombination partner choice. Moreover, Mec1ATR specifically promoted crossover-fated DSB repair. Together, these results suggest that Tel1ATM and Mec1ATR function redundantly or independently in all post-DSB stages.
The evolution of genome editing technology based on CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) system has led to a paradigm shift in biological research. CRISPR/Cas9-guide RNA complexes enable rapid and efficient genome editing in mammalian cells. This system induces double-stranded DNA breaks (DSBs) at target sites and most DNA breakages induce mutations as small insertions or deletions (indels) by non-homologous end joining (NHEJ) repair pathway. However, for more precise correction as knock-in or replacement of DNA base pairs, using the homology-directed repair (HDR) pathway is essential. Until now, many trials have greatly enhanced knock-in or substitution efficiency by increasing HDR efficiency, or newly developed methods such as Base Editors (BEs). However, accuracy remains unsatisfactory. In this review, we summarize studies to overcome the limitations of HDR using the CRISPR system and discuss future direction.
Lee, Seong Min;Youn, BuHyun;Kim, Cha Soon;Kim, Chong Soon;Kang, ChulHee;Kim, Joon
Molecules and Cells
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v.20
no.3
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pp.331-338
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2005
Ionizing radiation and doxorubicin both produce oxidative damage and double-strand breaks in DNA. Double-strand breaks and oxidative damage are highly toxic and cause cell cycle arrest, provoking DNA repair and apoptosis in cancer cell lines. To investigate the response of normal human cells to agents causing oxidative damage, we monitored alterations in gene expression in F65 normal human fibroblasts. Treatment with ${\gamma}$-irradiation and doxorubicin altered the expression of 23 and 68 known genes, respectively, with no genes in common. Both agents altered the expression of genes involved in cell cycle arrest, and arrested the treated cells in $G_2M$ phase 12 h after treatment. 24 h after ${\gamma}$-irradiation, the percentage of $G_1$ cells increased, whereas after doxorubicin treatment the percentage of $G_2M$ cells remained constant for 24 h. Our results suggest that F65 cells respond differently to ${\gamma}$-irradiation- and doxorubicin-induced DNA damage, probably using entirely different biochemical pathways.
During meiosis, exchange of DNA segments occurs between paired homologous chromosomes in order to produce recombinant chromosomes, helping to increase genetic diversity within a species. This genetic exchange process is tightly controlled by the eukaryotic RecA homologs Rad51 and Dmc1, which are involved in strand exchange of meiotic recombination, with Rad51 participating specifically in mitotic recombination. Meiotic recombination requires an interaction between homologous chromosomes to repair programmed double-strand breaks (DSBs). In this study, we investigated the budding yeast meiosis-specific proteins Hop2 and Sae3, which function in the Dmc1-dependent pathway. This pathway mediates the homology searching and strand invasion processes. Mek1 kinase participates in switching meiotic recombination from sister bias to homolog bias after DSB formation. In the absence of Hop2 and Sae3, DSBs were produced normally, but showed defects in the DSB-to-single-end invasion transition mediated by Dmc1 and auxiliary factors, and mutant strains failed to complete proper chromosome segregation. However, in the absence of Mek1 kinase activity, Rad51-dependent recombination progressed via sister bias in the $hop2{\Delta}$ or $sae3{\Delta}$ mutants, even in the presence of Dmc1. Thus, Hop2 and Sae3 actively modulate Dmc1-dependent recombination, effectively progressing homolog bias, a process requiring Mek1 kinase activation.
Chromatin remodeling factors are involved in many cellular processes such as transcription, replication, and DNA damage response by regulating chromatin structure. As one of chromatin remodeling factors, remodeling and spacing factor 1 (RSF1) is recruited at double strand break (DSB) sites and regulates ataxia telangiectasia mutated (ATM) -dependent checkpoint pathway upon DNA damage for the efficient repair. RSF1 is overexpressed in a variety of cancers, but regulation of RSF1 levels remains largely unknown. Here, we showed that protein levels of RSF1 chromatin remodeler are temporally upregulated in response to different DNA damage agents without changing the RSF1 mRNA level. In the absence of SNF2h, a binding partner of RSF1, the RSF1 protein level was significantly diminished. Intriguingly, the level of RSF1-3SA mutant lacking ATM-mediated phosphorylation sites significantly increased, and upregulation of RSF1 levels under DNA damage was not observed in cells overexpressing ATM kinase. Furthermore, failure in the regulation of RSF1 level caused a significant reduction in DNA repair, whereas reconstitution of RSF1, but not of RSF1-3SA mutants, restored DSB repair. Our findings reveal that temporal regulation of RSF1 levels at its post-translational modification by SNF2h and ATM is essential for efficient DNA repair.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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