同一鎖上に配置されたクラスターDNA損傷のプロセシングについて

Processing of clustered DNA damage with lesions on the same DNA strand

野口 実穂; 漆原 あゆみ; 横谷 明徳; 鹿園 直哉

Noguchi, Miho; Urushibara, Ayumi; Yokoya, Akinari; Shikazono, Naoya

クラスターDNA損傷とは12ヘリカルターンに2つ以上の損傷を含むものとして定義されている。特に、電離放射線ではクラスター損傷が生じやすく、LETの増加とともに損傷の複雑性が増し、クラスター化が進むことがさまざまな実験から示唆されている。クラスター損傷の損傷構造として、一本鎖切断や二本鎖切断の近傍に塩基損傷を伴うような複雑な構造が増加することがシミュレーションから導きだされており、このような複雑な損傷が細胞内でのDNA損傷修復を阻害し、突然変異や細胞死などの生物影響を生むことが推測される。われわれは、クラスター損傷のモデルとして、二本鎖DNA上で相補鎖、及び同一鎖の近傍に一本鎖切断(SSB)と塩基損傷8-oxoGが存在するような構造のクラスター損傷を合成し、突然変異誘発頻度を調べた。その結果、両損傷が相補鎖に配置された場合は単独損傷に比べて変異誘発頻度が上昇する一方で、同一鎖に偏った場合には変異誘発頻度の上昇は見られないことを見いだした。相補鎖での変異上昇の原因として、8-oxoG近傍のSSBによる8-oxoG除去酵素Fpgの阻害が考えられる。しかし、同一鎖においては変異を抑制する原因、並びに近傍のSSBと8-oxoGの修復(プロセシング)における相互作用など、全く明らかになっていない。そこで、本研究では同一鎖上に配置されたSSBと8-oxoGの変異抑制の原因を探るため、in vitroにおける酵素反応系を用いて、SSBが8-oxoGと同一鎖近傍に存在する場合の8-oxoGのプロセシングについて検討を行った。

Clustered DNA damage is defined as two or more lesions generated within 1-2 helical turns (10-20bp) of DNA. Ionizing radiation has a characteristic to deposit energy to local area on DNA and to induce clustered DNA damage. Theoretical studies and experimental data suggest an increased complexity and severity of clustered DNA damage with increasing LET of ionizing radiation. It is proposed that ionizing radiation produces clustered DNA damage including single strand break (SSB) and double strand break (DSB) with several oxidative base lesions. It is postulated that clustered DNA damage is incompletely or incorrectly repaired, and is strongly related to biological effects, such as cell death and mutation. We measured mutation frequencies induced by two types of clustered damage carrying a SSB and an 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) each on the complementary strands or both on the same DNA strand in E. coli. We found that the clustered damage with 8-oxoG and SSB each placed on complementary strands had a higher mutation frequency than single 8-oxoG, while the clustered damage with 8-oxoG and SSB positioned on the same strand had a slightly lower mutation frequency than single 8-oxoG either in wild type or in glycosylase (Fpg and/or MutY) deficient mutants. These results suggest that SSB opposed to 8-oxoG retards the excision of 8-oxoG by formamidopyrimidine DNA glycosylase (Fpg). However, processing of the tandem lesion of SSB and 8-oxoG remains to be elucidated. In this study, using in vitro enzyme assay, we investigated the processing of clustered damage containing 8-oxoG and SSB on the same DNA strand.