Inhibitory Effect of Nitric Oxide on DNA Repair Enzymes

一氧化氮对DNA修复酶的抑制作用

基本信息

  • 批准号:
    9232253
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 41.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Nitric oxide (NO), a signaling molecule over produced in the inflammation process, has been reported to induce damage of cell membrane and lead to the accumulation of alkylated DNA adducts, such as 1,N6-ethenoadenine (eA), 3,N4-ethenocytosine (eC). In this project, we will study a new aspect of nitric oxide’s cellular role in inflammation and cancer: the inhibitory effect of NO on the AlkB family DNA repair enzymes. The AlkB proteins, a group of Fe(II)/α-ketoglutarate-dependent dioxygenases, have been established to repair DNA alkyl lesions by a direct reversal mechanism. Different homologs of AlkB exist in eukaryotic and prokaryotic species; nine such homologs exist in mammalian cells (ABH1-8 and FTO). In humans, ABH2 and ABH3 have been identified as DNA repair enzyme and constitute the most effective cellular defense against DNA adducts. In the preliminary study, we have shown that NO has strong inhibitory effect on AlkB, ABH2 and ABH3. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopic studies also showed NO binds to the Fe(II) ion in the catalytic center of AlkB, thus inhibiting the catalytic O2 binding and abolishing the repair activity of AlkB. The central hypothesis of this project is that NO delivers a “two-fold” damage to the cell by not only inducing alkyl DNA damages but also suppressing the AlkB family DNA repair enzymes. The focus of this project is to study the relationship between DNA repair and NO inhibition at molecular level both in vitro and in cell. We will use the three aims to demonstrate this goal. In Aim 1, we will chemically synthesize DNA oligonucleotides containing specific alkylated bases at defined sites, and isolate the repair enzymes. And then biochemically evaluate the repair of alkyl-DNA lesions in vitro and determine the kinetic parameters of those repair and inhibitory reactions. In Aim 2, we will test nitric oxide’s inhibitory effect on replication efficiency and mutagenicity of DNA adducts in E. coli cells. By using lesions placed at the exact known sites, we calculate the in cell kinetics of lesion bypass by polymerases and lesion-induced mutation under conditions whereby the repair and inhibition capacity are systematically varied. In Aim 3, we will characterize the NO-AlkB adduct by EPR spectroscopy and prepare small molecule model complexes for NO-AlkB reactivity studies. The knowledge gained from those experiments will help us understand the molecular and cellular mechanisms of NO inhibition on DNA repair and provide insights for developing new strategy to prevent and overcome the cellular damage and tumorigenesis. Overall, these studies will characterize a role of nitric oxide in the pathological processes of inflammation and cancer. Once again, DNA damage is a primary initiator of many diseases and completion of the proposed studies will have direct relevance to human health.
抽象的 一氧化氮 (●NO) 是一种在炎症过程中过度产生的信号分子,据报道可诱导 细胞膜损伤并导致烷基化DNA加合物的积累,例如1,N6-乙烯腺嘌呤 (eA), 3,N4-ethenocytosine (eC) 在这个项目中,我们将研究一氧化氮在细胞中的作用的新方面。 炎症和癌症:NO 对 AlkB 家族 DNA 修复酶的抑制作用, 一组 Fe(II)/α-酮戊二酸依赖性双加氧酶已被建立来修复 DNA 烷基损伤 AlkB 的不同同源物存在于九种这样的生物中; 同源物存在于哺乳动物细胞中(ABH1-8 和 FTO)。在人类中,ABH2 和 ABH3 已被鉴定为。 DNA修复酶并构成针对DNA加合物的最有效的细胞防御。 研究表明,NO对AlkB、ABH2和ABH3电子顺磁有很强的抑制作用。 共振 (EPR) 光谱研究还表明,NO 与 AlkB 催化中心的 Fe(II) 离子结合, 从而抑制催化 O2 结合并消除 AlkB 的修复活性。这是该研究的中心假设。 项目认为,NO 不仅会诱导烷基 DNA 损伤,还会对细胞造成“双重”损伤 该项目的重点是研究抑制 AlkB 家族 DNA 修复酶之间的关系。 体外和细胞内的 DNA 修复和分子水平的 NO 抑制我们将利用这三个目标。 在目标 1 中,我们将化学合成含有特定的 DNA 寡核苷酸。 在指定位点烷基化碱基,并分离修复酶,然后对修复进行生化评估。 烷基 DNA 损伤体外并确定这些修复和抑制反应的动力学参数。 2、测试一氧化氮对大肠杆菌DNA加合物复制效率和致突变性的抑制作用 通过使用位于确切已知位置的病变,我们计算了病变旁路的细胞内动力学: 在修复和抑制能力受到影响的条件下聚合酶和损伤诱导的突变 在目标 3 中,我们将通过 EPR 光谱和制备来表征 NO-AlkB 加合物。 用于 NO-AlkB 反应性研究的小分子模型复合物。 将帮助我们了解 NO 抑制 DNA 修复的分子和细胞机制,并提供 开发新策略来预防和克服细胞损伤和肿瘤发生的见解。 这些研究将描述一氧化氮在炎症和癌症病理过程中的作用。 DNA 损伤再次成为许多疾病的主要引发因素,完成拟议的研究将 与人体健康有直接关系。

项目成果

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