Mutagenic potential of 8-oxo-7,8-dihydroguanine depends on the location of a single strand break within a cluster

クラスターDNA損傷内の8-oxo7,8-dihydroguanineの突然変異は一本鎖切断の位置に依存する

野口 実穂; 漆原 あゆみ*; 横谷 明徳; O'Neill, P.*; 鹿園 直哉

Noguchi, Miho; Urushibara, Ayumi*; Yokoya, Akinari; O'Neill, P.*; Shikazono, Naoya

電離放射線は放射線の飛跡に沿って電離や励起を起こし、DNAにさまざまな損傷を生じる。放射線のDNA損傷で特徴的なのは電離や励起や密に起こることで生じるクラスターDNA損傷である。クラスター損傷はDNAの12ヘリカルターンに2個以上の損傷を持つものとして定義されている。生じるクラスター損傷は理論的には一本鎖切断(SSB)に塩基損傷を伴ったような損傷が多いと言われている。in vitroではSSBと塩基損傷8-oxoGが近傍にあると、SSBが8-oxoGの変異を増強することが報告されている。これを踏まえて、本研究では人工的に合成したモデルクラスター損傷を用いて突然変異誘発を調べる細胞内実験系を利用し、細胞内(大腸菌内)でSSBが8-oxoGの変異にどのような影響をあたえるかを検討した。8-oxoGと相補鎖のSSBとによるクラスター損傷の場合、8-oxoG単独の損傷よりも突然変異誘発率が上昇した。特にMutY欠損株の結果からSSBが8-oxoGの除去を阻害していることが示唆された。しかし、8-oxoGとSSBとが同一鎖上にあるクラスター損傷では8-oxoG単独で高い変異率を示したfpg, mutY株でも突然変異誘発率の上昇は全く認められなかった。以上から8-oxoGと相補鎖のSSBの場合、相補鎖のSSBが8-oxoGの修復を阻害すること、同一鎖の場合、8-oxoGはSSBの修復に伴い除去されている可能性がある、ことが考えられ、8-oxoGとSSBとのクラスター損傷ではSSBが二本鎖のどちらに存在するかにより突然変異誘発率が大きく変化することが推測された。

Ionizing radiation (IR) produces ionization and excitation along a radiation track, and generates, amongst other DNA lesions, clustered DNA damage sites in cellular DNA. Clustered DNA damage is defined as two or more lesions induced within 1-2 helical turns (10-20bp) of DNA. It has been reported that various types of SSB have a strong inhibitory effect on the excision of 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) in vitro. In the present study, we used plasmid based assay in Escherichia coli to investigate the potential of SSB to influence the mutagenicity of 8-oxoG. As a model of clustered damage, we used synthesized oligonucleotides carrying an SSB and an 8-oxoG at a restriction enzyme recognition site. In single glycosylase-deficient strain mutY, the mutagenic potential of 8-oxoG was stimulated by an SSB situated on the opposite strand. This observation indicates that a SSB retards the incision of 8-oxoG by Fpg. On the other hand, when an SSB was placed in tandem with 8-oxoG on the same strand at varying separations, these tandem damage sites showed lower mutation frequency than a single 8-oxoG lesion in every strain. These results suggest that the 8-oxoG is removed, at least in part, during repair processing of the SSB. Our studies demonstrate that the mutagenic potential of 8-oxoG depends on whether the SSB is located on either the same strand or the opposite strand containing to 8-oxoG.