Oxidized abasic residues arise as a major class of DNA damage by a variety of agents involving free radical attack and oxidation of deoxyribose sugar components. 2-deoxyribonolactone (dL) is a C1'-oxidized abasic lesion implicated in DNA strand scission, mutagenesis, and covalent DNA-protein cross-link (DPC). We show here that mammalian cell-free extract give rise to stable DPC formation that is specifically mediated by dL residue. When a duplex DNA containing dL at the site-specific position was incubated with cell-free extracts of Po ${\beta}-proficient$ and -deficient mouse embryonic fibroblast cells, the formation of major dL-mediated DPC was dependent on the presence of DNA polymerase (Pol) ${\beta}$. Formation of dL-specific DPC was also observed with histones and FEN1 nuclease, although the reactivity in forming dL-mediated DPC was significantly higher with Pol ${\beta}$ than with histones or FEN1. DNA repair assay with a defined DPC revealed that the dL lesion once cross-linked with Pol ${\beta}$ was resistant to nucleotide excision repair activity of cell-free extract. Analysis of nucleotide excision repair utilizing a model DNA substrate containing a (6-4) photoproduct suggested that excision process for DPC was inhibited because of DNA single-strand incision at 5' of the lesion. Consequently DPC mediated by dL lesion may not be readily repaired by DNA excision repair pathway but instead function as unusual DNA damage causing a prolonged DNA strand break and trapping of the major base excision repair enzyme.
Purpose: DNA damage and repair responses are induced by metabolic diseases and environmental stress. The balance of DNA repair response and the antioxidant system play a role in modulating the entire body's health. This study uses a high-fat and high-calorie (HFC) drink to examine the new roles of a plant-based multivitamin/mineral supplement with phytonutrients (PMP) for regulating the antioxidant system and cellular DNA repair signaling in the body resulting from metabolic stress. Methods: In a double-blind, randomized, parallel-arm, and placebo-controlled trial, healthy adults received a capsule containing either a PMP supplement (n = 12) or a placebo control (n = 12) for 8 weeks. Fasting blood samples were collected at 0, 1, and 3 hours after consuming a HFC drink (900 kcal). The blood samples were analyzed for the following oxidative stress makers: areas under the curve reactive oxygen species (ROS) levels, plasma malondialdehyde (MDA), erythrocytes MDA, urinary MDA, oxidized low-density lipoprotein, and the glutathione:oxidized glutathione ratio at the time points. We further examined the related protein levels of DNA repair signaling (pCHK1 (Serine 345), p-P53 (Serine 15), and 𝛄H2AX expression) in the plasma of subjects to evaluate the time-dependent effects of a HFC drink. Results: In a previous study, we showed that PMP supplementation for eight weeks reduces the ROS and endogenous DNA damage in human blood plasma. Results of the current study further show that PMP supplementation is significantly correlated with antioxidant defense. Compared to the placebo samples, the blood plasma obtained after PMP supplementation showed enhanced DNA damage response genes such as pCHK1(Serine 345) (a transducer of DNA response) and 𝛄H2AX (a hallmark of DNA damage) during the 8 weeks trial on metabolic challenges. Conclusion: Our results indicate that PMP supplementation for 8 weeks enhances the antioxidant system against oxidative stress and prevents DNA damage signaling in humans.
Green tea and their major constituents such as catechins are famous materials for their anti-oxidative and anti-carcinogenic activity, but many compounds with reducing power can promote the oxidation in their oxidized form or in the presence of metal ion. We investigated the pro-oxidative effect of the ethanol extract equivalent up to 30mg of dried weight of green tea leaves in four in vitro systems which could be used for detecting DNA damage. Although ethanol extract of green tea did not show significant mutagenicity in Salmonella typhimurium TA102, which is sensitive strain to oxidative stress, it degraded deoxyribose extensively in the presence of $FeCl_3-EDTA$ complex, promoted 8-oxoguanine formation in the live bacteria cell, Salmonella typhimurium TAI04, and cleaved super coiled DNA strand with the help of copper ion. It suggested that green tea, famous anti-oxidative material, can be pro-oxidant according to the condition of extraction or metal existence.
The genotoxic effect of antimalarial drugs amodiaquine (AQ), mefloquine (MQ) and halofantrine (HF) was investigated in.at liver cells using the alkaline comet assay. AQ, MQ and HF at concentrations between $0-1000{\mu}mol/L$ significantly increased DNA strand breaks of rat liver cells dose-dependently. The order of induction of strand breaks was AQ>MQ>HF. The rat liver cells exposed to AQ and HF (200 and 400 ${\mu}mol/L$) and treated with (Fpg) the bacterial DNA repair enzyme that recognizes oxidized purine showed greater DNA damage than those not treated with the enzyme, providing evidence that AQ and HF induced oxidation of purines. Such an effect was not observed when MQ was treated with the enzyme. Treatment of cells with catalase, an enzyme inactivating hydrogen peroxide, decreased significantly the extent of DNA damage induced by AQ, and HF but not the one induced by MQ. Similarly quercetin, an antioxidant flavonoid at $50{\mu}mol/L$ attenuated the extent of the formation of DNA strand breaks by both AQ and HE. Quercetin, however, did not modify the effects of MQ. These results indicate the genotoxicity of AQ, MQ and HF in rat liver cells. In addition, the results suggest that reactive oxygen species may be involved in the formation of DNA lesions induced by AQ and HF and that, free radical scavengers may elicit protective effects against genotoxicity of these antimalarial drugs.
As a Chinese herbal medicine used in East Asia for thousands years, Cortex Magnoliae Officinalis (CMO) was observed to possess a protective effect against OH-induced DNA damage in the study. To explore the mechanism, the antioxidant effects and chemical contents of five CMO extracts were determined by various methods. On the basis of mechanistic analysis, and correlation analysis between antioxidant effects & chemical contents, it can be concluded that CMO exhibits a protective effect against OH-induced DNA damage, and the effect can be attributed to the existence of phenolic compounds, especially magnolol and honokiol. They exert the protective effect via antioxidant mechanism which may be mediated via hydrogen atom transfer (HAT) and/or sequential electron proton transfer (SEPT). In the process, the phenolic-OH moiety in phenylpropanoids is oxidized to the stable quinine-like form and the stability of quinine-like can be ultimately responsible for the antioxidant.
Human genomic DNA is continuously attacked by oxygen radicals originated from cellular metabolic processes and numerous environmental carcinogens. 2-deoxyribonolactone (dL) is a major type of oxidized abasic (AP) lesion implicated in DNA strand scission, mutagenesis, and formation of covalent DNA-protein crosslink (DPC) with DNA polymerase (Pol) ${\beta}$. We show here that human DNA polymerase (Pol)${\iota}$ and mitochondrial $Pol{\gamma}$ give rise to stable DNA-protein crosslink (DPC) formation that is specifically mediated by dL lesion. $Pol{\gamma}$ mediates DPC formation at the incised dL residue by its 5'-deoxyribose-5-phosphate (dRP) lyase activity, while $Pol{\gamma}$ cross links with dL thorough its intrinsic dRP lyase and AP lyase activities. Reactivity in forming dL-mediated DPC was significantly higher with $Pol{\gamma}$ than with $Pol{\iota}$. DPC formation by $Pol{\gamma}$, however, can be reduced by an accessory factor of $Pol{\gamma}$ holoenzyme that may attenuate deleterious effects of crosslink adducts on mitochondrial DNA. Comparative kinetic analysis of DPC formation showed that the rate of DPC formation with either $Pol{\iota}$ or $Pol{\gamma}$ was lower than that with $Pol{\beta}$. These results revealed that the activity of catalytic lyase in DNA polymerases determine the efficiency of DPC formation with dL damages. Irreversible crosslink formation of such DNA polymerases by dL lesions may result in a prolonged strand scission and a suicide of DNA repair proteins, both of which could pose a threat to the genetic and structural integrity of DNA.
D.Abd El Hady;M.Ibrahim Abdel Hamid;M.Mahmoud Sellem;N.Abo E Maali
Archives of Pharmacal Research
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제27권11호
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pp.1161-1167
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2004
Adriblastina, a cancerostatic anthracycline antibiotic, causes considerable oxidative damage to DNA molecules. The interaction of this compound with DNA was investigated using Osteryoung square wave stripping voltammetry (OSWSV) and cyclic voltammetry (CV) at an in situ mercury film electrode. It was found that the equilibrium constant of the bonded oxidized form of the drug was 63 times bigger more important than that of the bonded reduced form. Copper forms 1 metal: 2 drug stoichiometry complex which is highly stable compared to ssDNA-drug interaction and consequently inhibited the drug biochemical damaging effects. Copper complex offered sub-nanogram determination of adriblastina in aqueous and urine media.
본 연구는 전통 음청류인 수정과의 세계화 일환으로 대체당을 사용하여 관능성이 탁월한 기능성 수정과 음료를 개발한 후, 개발된 수정과 음료의 항산화 및 산화적 DNA 손상억제 효능을 살펴보고자 하였다. 고콜레스테롤식이 공급으로 고콜레스테롤혈증이 유발된 10주령의 ApoE KO 마우스를 대조군인 설탕물 섭취군(Control), 설탕 첨가 수정과 음료 섭취군(Sucrose), 스티비아 첨가 수정과 음료 섭취군(Stevia), scFOS 첨가 수정과 음료 섭취군(scSFO), 그리고 양성대조군으로 시판 수정과를 섭취시킨 군(Positive control)으로 나누어 실험 식이를 6주간 공급한 후, 혈장 TRAP, 혈장 및 간의 TBARS, 백혈구, 간세포 및 비장세포의 내재적 또는 산화적 스트레스로 인한 DNA 손상 정도를 측정하였다. 모든 군에서 체중 증가량, 식이 섭취량, 조직 무게는 유의적 차이가 없었다. 간 TBARS 농도는 설탕물을 섭취한 대조군에 비해 설탕의 농도를 달리하여 제조한 수정과 음료군인 sucrose군, stevia 첨가군, 그리고 scFOS 첨가군의 TBARS 농도가 유의적으로 감소하여 수정과의 지질과산화 억제 효과를 확인할 수 있었다. 설탕을 줄이는 대신 stevia를 첨가하여 제조한 기능성 수정과 섭취군에서 설탕물만을 섭취한 대조군에 비해 간, 비장세포의 내재적(endogenous) 또는 $H_2O_2$로 유도된 산화적 DNA 손상에 대한 억제 효과가 있는 것으로 나타났다. 백혈구의 DNA 손상의 경우 stevia군에서 대조군에 비해 감소하는 경향을 보여주었으나 통계적 유의성은 없었다. 시판 수정과의 경우 간세포의 내재적 DNA 손상만을 억제하는 효능이 있는 것으로 나타났으며, 설탕만으로 제조한 수정과나 scFOS가 첨가된 수정과 섭취군의 경우 내재적 또는 $H_2O_2$로 유도된 산화적 DNA 손상이 대조군에 비해 감소하는 경향을 보여주었으나 유의성은 없었다. 이상 본 연구의 결과, 고콜레스테롤혈증이 유발된 ApoE KO 마우스에서 수정과의 보충 섭취는 간 지질과산화를 개선시키고 stevia 첨가 수정과의 경우 간 및 비장에서 DNA 손상 억제효과가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과가 수정과의 세계화에 기여할 수 있기를 기대하며, 향후 본 연구를 기반으로 한 분자생물학적 수준의 기전 연구가 필요하다고 사료된다.
Food irradiation has been steadily increased in many countries concomitantly with increasing international trades. Harmful contaminants naturally occurred from foods which contain high levels of unsaturated fatty acids that are easily oxidized can affect the human anti-oxidation system through the generation of free radicals. Moreover, previous studies proved that ${\gamma}$-irradiation may cause production of free radicals in food. We investigated the effect of ${\gamma}$-irradiated soybeans in relation to oxidative stress in mice. Oxidative index of mice was evaluated by TBARS, DNA fragmentation in various organs such as blood lymphocytes, liver and kidney. Forty male ICR mice were equally divided into 4 groups and fed control diet or ${\gamma}$-irradiated diet containing 50% soybeans (5, 10, and 20 kGy, respectively) for 8 weeks. Peroxide values of the irradiated diets were higher than that of the non-irradiated one and increased according to the storage period. There was no significant difference in weight gain as well as in TBARS value in plasma and kidney of all groups. Liver TBARS value of the group fed with irradiated diet at 20 kGy increased significantly compared with the control group (p < 0.05). DNA oxidative damage as measured by alkaline comet assay showed that % tail DNA in the blood lymphocytes of 5 kGy and 10 kGy groups increased significantly over the control group (p < 0.05). Also, tail moments of 5 kGy and 10 kGy groups were higher than that of the control group. Ultrastructural examination shows myeline figures and swollen mitochondria in parietal and intestinal epithelial cells of the group fed with irradiated diet. Therefore, considering unsaturated fatty acid content, consumption of soybeans ${\gamma}$-irradiated with over 20 kGy or repeatedly may decrease the body's antioxidant mechanism.
[6]-Gingerol is known as the major bioactive constituent of ginger. In the study, it was observed to effectively protect against ${\bullet}OH$-induced DNA damage ($IC_{50}$$328.60{\pm}24.41{\mu}M$). Antioxidant assays indicated that [6]-gingerol could efficiently scavenge various free radicals, including ${\bullet}OH$ radical ($IC_{50}$$70.39{\pm}1.23{\mu}M$), ${\bullet}O_2{^-}$ radical ($IC_{50}$$228.40{\pm}9.20{\mu}M$), $DPPH{\bullet}$radical ($IC_{50}$$27.35{\pm}1.44{\mu}M$), and $ABTS{^+}{\bullet}$radical ($IC_{50}$$2.53{\pm}0.070{\mu}M$), and reduce $Cu^{2+}$ ion ($IC_{50}$$11.97{\pm}0.68{\mu}M$). In order to investigate the possible mechanism, the reaction product of [6]-gingerol and $DPPH{\bullet}$ radical was further measured using HPLC combined mass spectrometry. The product showed a molecular ion peak at m/z 316 $[M+Na]^+$, and diagnostic fragment loss (m/z 28) for quinone. On this basis, it can be concluded that: (i) [6]-gingerol can effectively protect against ${\bullet}OH$-induced DNA damage; (ii) a possible mechanism for [6]-gingerol to protect against oxidative damage is ${\bullet}OH$ radical scavenging; (iii) [6]-gingerol scavenges ${\bullet}OH$ radical through hydrogen atom ($H{\bullet}$) transfer (HAT) and sequential electron (e) proton transfer (SEPT) mechanisms; and (iv) both mechanisms make [6]-gingerol be oxidized to semi-quinone or quinone forms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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