DNA氧化损伤及其在疾病中的角色

DNA氧化损伤及其在疾病中的角色

BRENDA KNOX | SEPTEMBER 17TH, 2021 | SCIENTIFIC REVIEW

细胞DNA是一种具有内在反应性的生物分子，它持续暴露于有可能造成伤害的环境中。其中，当有氧呼吸和代谢副产物产生的活性氧(ROS)增加时会增加DNA损伤的背景值1。在DNA氧化损伤的反应中，细胞激活复杂的信号网络以促进DNA修复和生存或触发细胞死亡2。然而，当这些机制失效时，基因组的不稳定性会导致疾病的发生。了解DNA氧化损伤的病理作用对于开发癌症、阿尔茨海默病和糖尿病等疾病的有效疗法至关重要。

DNA损伤的种类

DNA损伤大致可分为外源性因素引起的损伤和内源性因素引起的损伤。外源性DNA损伤剂包括紫外线辐射，会导致相邻嘧啶之间形成共价键，产生碱基损伤和单链断裂的电离辐射(IR)；烟草烟雾中的化学物质可以转化为烷化剂，从而导致碱基之间的错配。内源性DNA损伤的原因包括碱基替换或单碱基插入等复制错误，自发性地碱基脱氨基作用会导致碱基替换。另外氧化应激细胞中自然存在的ROS通过几种不同的机制破坏DNA1。

DNA是如何被氧化应激损伤的？

在正常情况下，ROS对细胞的生长和存活至关重要。例如，通过与关键信号分子相互作用，ROS驱动增殖、凋亡和铁稳态等过程，而巨噬细胞和中性粒细胞释放ROS是抵御入侵病原体的重要防御机制3,4。然而，在氧化应激(ROS产生和机体抗氧化防御之间的不平衡)条件下，过量的ROS水平已被证明会导致大约100种不同的氧化碱基损伤和2-脱氧核糖修饰1。在最-广泛研究的活性氧类型中，也就是超氧自由基(•O2−)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(•OH)，到目前为止，羟基自由基是最活泼的。在H2O2和Fe2+反应过程中产生的羟基自由基，通过加入DNA碱基的双键，从甲基和2`-脱氧核糖糖的C-H键中提取氢原子，从而引起DNA损伤5。

DNA氧化损伤会引起哪些疾病?

DNA氧化损伤与多种疾病有关，诱发并参与到癌症发生的过程5,6。值得注意的是，8-羟基-2 '-脱氧鸟嘌呤(8-OHdG)是一种主要的氧化损伤，它被用作氧化应激和癌症的生物标记物，并经常用于评估患者暴露于致癌物质(如烟草烟雾、石棉纤维或重金属)后的DNA损伤程度7。与氧化DNA损伤相关的其他疾病包括神经退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病；自身免疫性疾病，如类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮(SLE)；还有糖尿病，心血管疾病和囊性纤维化。

更好地理解DNA氧化损伤

StressMarq Biosciences为我们提供了多种用于研究DNA氧化损伤及其在疾病发病机制中的作用的科研试剂。其中包括Anti-DNA/RNA Damage Antibody [15A3] (SMC-155)，该抗体经多种应用验证，以及DNA Damage (8-OHdG) ELISA试剂盒(SKT-120)，用于比色检测血浆或尿液等样本材料中的8-OHdG生物标志物。

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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

1. Mechanisms of DNA damage, repair and mutagenesis, Chatterjee N and Walker GC, Environ Mol Mutagen. 2017 Jun;58(5):235-263

2. DNA damage and the balance between survival and death in cancer biology, Roos WP et al, Nat Rev Cancer. 2016 16, 20–33

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

6. Oxidative Stress and Cancer, Klaunig JE, Curr Pharm Des. 2018;24(40):4771-4778

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

生物体受到外界不利或者有害因素刺激时，会发生快速短暂细胞代谢调节，此期间细胞内一些正常的基因表达会收到抑制，而一组特殊基因则被激活，并表达增强，这类蛋白被称为热休克蛋白（heat shock protein,HSP）热休克蛋白70（heat shock protein 70, Hsp70）是热休克蛋白家族研究最为深入的蛋白。Stressmarq公司不仅可以提供多种热休克蛋白70（heat shock protein 70, Hsp70）相关抗体，也有热休克蛋白70（HSP70）检测试剂盒。无论是抗体还是试剂盒，均有大量文献引用。

文献引用

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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Elevation of serum heat-shock protein levels in amyotrophic lateral sclerosis.

Miyazaki, D. et al. (2016) Neurol Sci. 37(8):1277-81.

PubMed ID: 27112486 Reactivity Human Applications: Serum

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.

Chichester, L., Wylie, A.T., Craft, S., and Kavanagh, K. (2014) J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 70(2):155-62.

PubMed ID: 24532784 Reactivity African green monkey Applications: Plasma and skeletal muscle, and PBMC's

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