OGG1在氧化应激引起的细胞死亡中的作用及机制研究

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有氧呼吸的有机体时刻都面临自身代谢产生的或外界环境因子造成活性氧(ROS)的侵袭,细胞内ROS水平超过清除酶系处理能力的氧化状态称之为氧化应激。氧化应激会导致细胞内各种生物大分子(包括蛋白质,脂类以及核酸)发生氧化,过度的氧化应激会导致组织损伤甚至死亡。氧化应激导致DNA损伤是细胞死亡的主要原因,与一系列疾病的发生相关,如糖尿病、缺血再灌、中风、心血管疾病以及帕金森综合征等退行性疾病。鸟嘌呤因氧还电势最低而最易被氧化形成8-羟基鸟嘌呤(8-oxoG),是DNA氧化损伤最主要的产物。8-羟基鸟嘌呤糖苷酶1(OGG1)是真核细胞识别并切除8-oxoG的特异性DNA修复酶,通过自然界中极为保守的碱基切除修复途径对8-oxoG进行修复。但OGG1开启的碱基切除修复(OGG1-BER)在氧化应激引起的细胞死亡过程中的作用研究甚少。OGG1-BER过程的中间产物包括AP位点和链的断裂,而这两种产物恰好是DNA损伤修复效应蛋白PARP1活化的底物。PARP1的过度活化会触发AIF介导的caspase-非依赖的细胞死亡(parthanatos)。因此,我们推测,过度氧化应激时,OGG1-BER与parthanatos有密切的联系,OGG1-BER过程产生的AP位点以及链的断裂是PARP1过度活化以及细胞死亡的原因。本研究首先利用H2O2刺激小鼠胚胎成纤维细胞(MEF)模拟氧化应激过程,明确了H2O2诱导的细胞死亡是parthanatos死亡途径。其次,我们利用野生型MEF细胞(Ogg1+/+)和Ogg1敲除型的MEF细胞(Ogg1-/-),si RNA干扰OGG1表达以及过表达OGG1来探究OGG1在parthanatos中的作用。实验结果表明,OGG1能加剧氧化应激触发的parthanatos。第三,我们利用OGG1催化活性位点突变质粒结合免疫荧光,TUNEL,流式细胞术实验分析是否是由于OGG1-BER活性促进parthanatos过程。实验结果表明,OGG1-BER过程的确能增加链断裂,PARP1活化,AIF的入核以及细胞死亡。最后,我们利用NMDA刺激神经细胞模拟parthanatos过程,探究OGG1在细胞死亡中的生理及病理意义。结果表明,NMDA诱导神经细胞parthanatos过程中会产生大量ROS和8-oxoG,OGG1的存在确实能加剧细胞死亡。综上所述,本研究证明了过度氧化应激时,OGG1-BER过程中修复中间产物(AP位点和链的断裂)是PARP1的过度活化的主要原因。PARP1的过度活化促进AIF从线粒体释放进入细胞核触发parthanatos。本研究初步提示DNA损伤修复与细胞死亡之间的密切联系。同时也揭示了OGG1-BER依据氧化应激程度不同触发不同的细胞生物学事件,轻度氧化应激时,OGG1能识别切除8-oxoG,清除机体氧化的碱基,维持基因组的完整性;而过度氧化应激时,OGG1-BER产生修复中间体促进PARP1的活化,AIF的入核并进一步触发细胞程序性死亡-parthanatos,进而维持机体的稳态,防止细胞恶化。
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