DNA氧化損傷及其在疾病中的角色

BRENDA KNOX | SEPTEMBER 17TH, 2021 | SCIENTIFIC REVIEW

細(xì)胞DNA是一種具有內(nèi)在反應(yīng)性的生物分子，它持續(xù)暴露于有可能造成傷害的環(huán)境中。其中，當(dāng)有氧呼吸和代謝副產(chǎn)物產(chǎn)生的活性氧(ROS)增加時(shí)會(huì)增加DNA損傷的背景值1。在DNA氧化損傷的反應(yīng)中，細(xì)胞激活復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)以促進(jìn)DNA修復(fù)和生存或觸發(fā)細(xì)胞死亡2。然而，當(dāng)這些機(jī)制失效時(shí)，基因組的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生。了解DNA氧化損傷的病理作用對(duì)于開(kāi)發(fā)癌癥、阿爾茨海默病和糖尿病等疾病的有效療法至關(guān)重要。

DNA損傷的種類

DNA損傷大致可分為外源性因素引起的損傷和內(nèi)源性因素引起的損傷。外源性DNA損傷劑包括紫外線輻射，會(huì)導(dǎo)致相鄰嘧啶之間形成共價(jià)鍵，產(chǎn)生堿基損傷和單鏈斷裂的電離輻射(IR)；煙草煙霧中的化學(xué)物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為烷化劑，從而導(dǎo)致堿基之間的錯(cuò)配。內(nèi)源性DNA損傷的原因包括堿基替換或單堿基插入等復(fù)制錯(cuò)誤，自發(fā)性地堿基脫氨基作用會(huì)導(dǎo)致堿基替換。另外氧化應(yīng)激細(xì)胞中自然存在的ROS通過(guò)幾種不同的機(jī)制破壞DNA1。

DNA是如何被氧化應(yīng)激損傷的？

在正常情況下，ROS對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和存活至關(guān)重要。例如，通過(guò)與關(guān)鍵信號(hào)分子相互作用，ROS驅(qū)動(dòng)增殖、凋亡和鐵穩(wěn)態(tài)等過(guò)程，而巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放ROS是抵御入侵病原體的重要防御機(jī)制3,4。然而，在氧化應(yīng)激(ROS產(chǎn)生和機(jī)體抗氧化防御之間的不平衡)條件下，過(guò)量的ROS水平已被證明會(huì)導(dǎo)致大約100種不同的氧化堿基損傷和2-脫氧核糖修飾1。在最-廣泛研究的活性氧類型中，也就是超氧自由基(•O2?)、過(guò)氧化氫(H2O2)和羥基自由基(•OH)，到目前為止，羥基自由基是最活潑的。在H2O2和Fe2+反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的羥基自由基，通過(guò)加入DNA堿基的雙鍵，從甲基和2`-脫氧核糖糖的C-H鍵中提取氫原子，從而引起DNA損傷5。

DNA氧化損傷會(huì)引起哪些疾病?

DNA氧化損傷與多種疾病有關(guān)，誘發(fā)并參與到癌癥發(fā)生的過(guò)程5,6。值得注意的是，8-羥基-2 '-脫氧鳥(niǎo)嘌呤(8-OHdG)是一種主要的氧化損傷，它被用作氧化應(yīng)激和癌癥的生物標(biāo)記物，并經(jīng)常用于評(píng)估患者暴露于致癌物質(zhì)(如煙草煙霧、石棉纖維或重金屬)后的DNA損傷程度7。與氧化DNA損傷相關(guān)的其他疾病包括神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病和帕金森病；自身免疫性疾病，如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)；還有糖尿病，心血管疾病和囊性纖維化。

更好地理解DNA氧化損傷

StressMarq Biosciences為我們提供了多種用于研究DNA氧化損傷及其在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用的科研試劑。其中包括Anti-DNA/RNA Damage Antibody [15A3] (SMC-155)，該抗體經(jīng)多種應(yīng)用驗(yàn)證，以及DNA Damage (8-OHdG) ELISA試劑盒(SKT-120)，用于比色檢測(cè)血漿或尿液等樣本材料中的8-OHdG生物標(biāo)志物。

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IHC analysis using Mouse Anti-DNA Damage Monoclonal Antibody, Clone 15A3 (SMC-155). Tissue: inflamed colon. Species: Mouse.

Typical Standard Curve for the DNA Damage (8-OHdG) ELISA kit (SKT-120). Competitive ELISA format, assay range: 0.94 – 60 ng/ml.

References

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3. Reactive oxygen species (ROS) homeostasis and redox regulation in cellular signaling, Ray PD et al, Cell Signal. 2012 May;24(5):981-90

4. Mitochondrial reactive oxygen species as major effectors of antimicrobial immunity, Shekhova E, PLoS Pathog 2020 16(5)

5. Oxidative DNA damage: mechanisms, mutation, and disease, Cooke MS et al, FASEB J. 2003 Jul;17(10):1195-214

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7. 8-hydroxy-2′ -deoxyguanosine (8-OHdG): A critical biomarker of oxidative stress and carcinogenesis, Valavanidis A et al, J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2009 Apr;27(2):120-39

生物體受到外界不利或者有害因素刺激時(shí)，會(huì)發(fā)生快速短暫細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)，此期間細(xì)胞內(nèi)一些正常的基因表達(dá)會(huì)收到抑制，而一組特殊基因則被激活，并表達(dá)增強(qiáng)，這類蛋白被稱為熱休克蛋白（heat shock protein,HSP）熱休克蛋白70（heat shock protein 70, Hsp70）是熱休克蛋白家族研究最為深入的蛋白。Stressmarq公司不僅可以提供多種熱休克蛋白70（heat shock protein 70, Hsp70）相關(guān)抗體，也有熱休克蛋白70（HSP70）檢測(cè)試劑盒。無(wú)論是抗體還是試劑盒，均有大量文獻(xiàn)引用。

文獻(xiàn)引用

Effects of heated hydrotherapy on muscle HSP70 and glucose metabolism in old and young vervet monkeys.

Kavanagh, K., Davis, A.T., Jenkins, K.A. and Flynn, D.M. (2016) Cell Stress Chaperones. 21(4):717-25.

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The Brewed Rice Vinegar Kurozu Increases HSPA1A Expression and Ameliorates Cognitive Dysfunction in Aged P8 Mice.

Kanouchi, H. et al. (2016) PLoS ONE. 11(3):e0150796.

PubMed ID: 26943920?Reactivity Mouse Applications: Brain homogenates

Muscle Heat Shock Protein 70 Predicts Insulin Resistance With Aging.

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