влияние гена репарации двуцепочечных разрывов днк spn

ВЛИЯНИЕ ГЕНА РЕПАРАЦИИ ДВУЦЕПОЧЕЧНЫХ РАЗРЫВОВ ДНК SPN-B НА
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ И РАДИОУСТОЙЧИВОЧТЬ DROSOPHILA MELANOGASTER
Л. Шилова*1, Е. Плюснина1,2, Н.Земская1,2, A. Москалев 1, 2,3
1
Институт Биологии КомиНЦ УрО РАН, Сыктывкар, Россия
2
Сыктывкарский Государственный Университет, Сыктывкар, Россия
3
Московский Физико-Технический Институт, Долгопрудный, Россия
*
e-mail: [email protected]
Двуцепочечные разрывы ДНК (ДР), вызванные ионизирующим излучением (ИИ), являются
самыми опасными повреждениями ДНК. Не устраненные или неправильно спаренные ДР являются
серьезной угрозой для стабильности генома [1, 2]. Репарации ДНК является важнейшим механизмом ответа клетки на различные стресс-воздействия, включая ИИ. Актуальной задачей современной молекулярной радиобиологии является раскрытие роли генов репарации ДНК в регуляции
стресс-реакции клетки и его интеграция на уровне целого организма. В данном исследовании мы
изучали роль гена дрозофил spn-B в регуляции продолжительности жизни (ПЖ) при воздействии
ИИ. Ген spn-B является гомологом белка двунитевых разрывов ДНК XRCC3 млекопитающих, который отвечает за гомологичную рекомбинацию и негомологичное воссоединение концов ДНК [3].
Материалы и Методы
Для изучения радиоадаптивного ответа использовали мух с мутацией в гене spn-B (генотип:
Dp(1;Y)BS, B+; ru1 st1 spn-B1 e1 ca1/TM3, Sb1). Особи были разделены на четыре группы 1) без облучения; 2) особи, подвергшиеся на предимагинальных стадиях развития хроническому воздействию
ИИ в дозе 40 сГр от источника с 226Ra; 3) особи, подвергшиеся острому (50 мин) воздействию ИИ в
дозе 30 Гр от источника с 60Со сразу после вылета имаго; 4) особи, последовательно подвергшиеся
обоим дозам. Возраст-зависимую динамику экспрессии гена spn-B изучали на не облученных и облученных хронической дозой на предимагинальных стадиях развития особей линии дикого CantonS на 1, 14, 28, 42 и 56 сутки после вылета имаго. Для исследования изменений в ПЖ у особей с
кондиционной сверхэкспрессией (повсеместной и в нервной системе) гена в ответ на гаммаизлучение в дозе 30 Гр использовали RU486-активируемый GeneSwitch [4, 5]. Особи были получены путем скрещивания самок с дополнительной копией исследуемого гена под контролем промотора UAS (генотип: w1118, UAS-spn-B) с самцами, несущими драйвер либо da-GeneSwitch-Gal4 (повсеместный), либо elav-GeneSwitch-Gal4 (в нервной системе). Особи были разделены на четыре
группы: 1) без облучения, без сверхэкспрессии; 2) без облучения со сверхэкспрессией; 3) особи,
подвергшиеся острому воздействию ИИ и без сверхэкспрессии; 4) особи, подвергшиеся острому
воздействию ИИ и со сверхэкспрессией.
Результаты и Обсуждения
До сих пор нет единого мнения по поводу того, как интегрируются клеточные процессы с
различными параметрами ПЖ целого организма? Анализ радиоадптивного ответа у особей линии
дикого типа Canton-S и линии с мутацией в гене spn-B (XRCC3) показал, что хроническое воздействие ИИ индуцирует радиоадптиный ответ и эффект радиационного гормезиса у особей дикого
типа. У особей с мутацией в исследуемом гене данные эффекты проявлялись в меньшей степени.
Известно, что мутанты spnB1 чувствительны к рентгеновскому облучению на 24 – 72 часы после
откладки яиц [6], а мутанты spnBBU чувствительны к облучению в дозе 25 Гр [7]. Изменения экспрессии генов оказывают большой эффект на процессы старения [8-10], развития заболеваний [1113] и адаптации организма к повреждающим факторам среды. Получили, что активность гена spnB на протяжении всей жизни дрозофил была выше в 1.6-2.0 раза, по сравнению с необлученными
особями (p<0.05). Мы предположили, что дополнительные копии генов spn-B (XRCC3) приведут к
более эффективной репарации ДНК и тем самым повысят радиостойчивость особей. Однако нейрональная и повсеместная сверхэкспрессии исследуемого гена не привели к повышению устойчивости дрозофил к дозе 30 Гр. Возможными причинами могут быть недостаточная эпигенетическая
регуляция процесса репарации [14] или нарушение баланса между внутриклеточными путями и
энергетическое истощение, поскольку репарация энергозатратный процесс [15]. При этом наши
данные согласуются с теорией Михаила Благосклонного, согласно которой, старение организма и
возраст-зависимые болезни начинаются с гиперфункций клетки [16].
Заключение
Показали, что радиоадаптивный ответ и эффект радиационного гормезиса отсутствуют или
проявляются в меньшей степени у особей с мутациями в гене spn-B (XRCC3) по сравнению с особями дикого типа Canton-S. Хроническое воздействие гамма-излучения в малой дозе на предимагинальных стадиях развития приводит к увеличению экспрессии гена spn-B, которая поддерживается на протяжении всей жизни мушек. Нейрональная и повсеместная сверхэкспрессия гена spn-B
не индуцирует устойчивость к острому воздействию гамма-излучения, а усиливает негативное
влияние острого облучения в дозе 30 Гр на ПЖ. Таким образом, раскрывают роль гена репарации
двухцепочечных разрывов ДНК spn-B (XRCC3) в биологических эффектах на гамма-облучения.
Список литературы:
1.
OHNISHI, T., E. MORI, and A. TAKAHASHI, DNA double-strand breaks: their production,
recognition, and repair in eukaryotes. Mutat Res, 2009. 669(1-2): p. 8-12.
2.
KASS, E.M. AND M. JASIN, Collaboration and competition between DNA double-strand break
repair pathways. FEBS Lett, 2010. 584(17): p. 3703-8.
3.
LEE, L.A. AND T.L. ORR-WEAVER, Regulation of cell cycles in Drosophila development:
intrinsic and extrinsic cues. Annu Rev Genet, 2003. 37: p. 545-78.
4.
A conditional tissue-specific transgene expression system using inducible GAL4. Proc Natl Acad
Sci U S A, 2001. 98(22): p. 12596-601.
5.
ROMAN, G., et al., P[Switch], a system for spatial and temporal control of gene expression in
Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A, 2001. 98(22): p. 12602-7.
6.
STAEVA-VIEIRA, E., S. YOO, and R. LEHMANN, An essential role of DmRad51/SpnA in DNA
repair and meiotic checkpoint control. EMBO J, 2003. 22(21): p. 5863-74.
7.
ABDU, U., et al., An essential role for Drosophila hus1 in somatic and meiotic DNA damage
responses. J Cell Sci, 2007. 120(Pt 6): p. 1042-9.
8.
SCHRINER, S.E., et al., Extension of murine life span by overexpression of catalase targeted to
mitochondria. Science, 2005. 308(5730): p. 1909-11.
9.
VISWANATHAN, M., et al., A role for SIR-2.1 regulation of ER stress response genes in
determining C. elegans life span. Dev Cell, 2005. 9(5): p. 605-15.
10.
PLYUSNINA, E.N., M.V. SHAPOSHNIKOV, A.A. MOSKALEV, Increase of Drosophila
melanogaster lifespan due to D-GADD45 overexpression in the nervous system. Biogerontology, 2011.
12(3): p. 211-26.
11.
SAYED-AHMED, M.M., et al., Inhibition of gene expression of heart fatty acid binding protein
and organic cation/carnitine transporter in doxorubicin cardiomyopathic rat model. Eur J Pharmacol,
2010. 640(1-3): p. 143-9.
12.
WHIGHAM, B.T. R.R. ALLINGHAM, Review: The role of LOXL1 in exfoliation
syndrome/glaucoma. Saudi J Ophthalmol, 2011. 25(4): p. 347-52.
13.
DEHGHANI, L., et al., Evaluation of neural gene expression in serum treated embryonic stem
cells in Alzheimer's patients. J Res Med Sci, 2013. 18(Suppl 1): p. S20-3.
14.
MAO, Z., et al., Sirtuin 6 (SIRT6) rescues the decline of homologous recombination repair during
replicative senescence. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012. 109(29): p. 11800-5.
15.
HALMOSI, R., et al., Effect of poly(ADP-ribose) polymerase inhibitors on the ischemia-
reperfusion-induced oxidative cell damage and mitochondrial metabolism in Langendorff heart perfusion
system. Mol Pharmacol, 2001. 59(6): p. 1497-505.
16.
BLAGOSKLONNY, M.V., Aging-suppressants: cellular senescence (hyperactivation) and its
pharmacologic deceleration. Cell Cycle, 2009. 8(12): p. 1883-7.
Работа поддержана грантом РФФИ N 14-04-01596 и граном ПРФ MD-1090.2014.4