Genotoxicity of a carcinogenic metabolite of benzo[a]pyrene for cells of neuronal differentiation lineage

Цель. Бензо[a]пирен-7,8-дигидродиол-9,10-эпоксид (BPDE) – основной метаболит канцерогенного полициклического ароматического углеводорода бензо[a]пирена. Влияние BPDE на предшественники нервных клеток практически не охарактеризовано. Методы. Изучены выживаемость и морфология клеток PC12 и эмбриональных гиппокампальных нейронов мыши в культуре в присутствии BPDE. Методом электрофореза радиоактивно меченных нуклеотидов проанализировано накопление аддуктов BPDE в культивируемых клетках PC12 и фибробластах. Результаты. Выживаемость клеток и уровень аддуктов зависят от типа внеклеточного матрикса, к которому прикрепляются клетки. При сублетальных дозах BPDE наблюдается эффективная репарация аддуктов, образуемых этим метаболитом. Для клеток PC12 токсичность и уровень аддуктов BPDE оказались ниже, чем для фибробластов. Выводы. В целом, BPDE может нарушать нормальное развитие нервной ткани, однако влияние BPDE на клетки, способные к дифференцировке по нейрональной ветви, может зависеть от их микроокружения. Ключевые слова: повреждение ДНК, репарация, генотоксичность, бензо[a]пирен-7,8-дигидродиол-9,10-эпоксид, нейрональная ветвь.Мета. Бензо[a]пірен-7,8-дигідродіол-9,10-епоксид (BPDE) – основний метаболіт канцерогенного поліциклічного ароматичного вуглеводню бензо[a]пірену. Вплив BPDE на попередники нервових клітин практично не охарактеризовано. Методи. Вивчено вижива- ність і морфологію клітин PC12 та ембріональних гіпокампальних нейронів миші в культурі за присутності BPDE. Методом електрофорезу радіоактивно мічених нуклеотидів проаналізовано накопичення адуктів BPDE у культивованих клітинах PC12 і фібробластах. Результати. Виживаність клітин і рівень адуктів залежать від типу позаклітинного матриксу, до якого прикріплюються клітини. За сублетальних доз BPDE спостерігається ефективна репарація адуктів, утворених цим метаболітом. Для клітин PC12 токсичність і рівень адуктів BPDE виявилися нижчими, ніж для фібробластів. Висновки. У цілому BPDE може порушувати нормальний розвиток нервової тканини, однак вплив BPDE на клітини, здатні до диференціювання по нейрональній гіл- ці, скоріш за все, залежить від їхнього мікрооточення. Ключові слова: пошкодження ДНК, репарація, генотоксичність, бензо[a]пірен-7,8-дигідродіол-9.10-епоксид, нейрональна гілка.Aim. Benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE) is the major metabolite of an environmental carcinogen, polycyclic aromatic hydrocarbon benzo[a]pyrene. The effects BPDE could have on neuronal cells progenitors are mostly uncharacterized. Methods. We have studied survival and morphology of cultured PC12 cells and mouse embryonic hippocampal neurons in the presence of BPDE. We have also used post-labeling to compare accumulation of BPDE adducts in cultured PC12 cells and fibroblasts. Results. The survival of cells and the level of adducts depended on the type of extracellular matrix to which the cells were attached. At tolerated BPDE doses, the adducts formed by this metabolite were efficiently repaired. In PC12 cells, BPDE toxicity and the level of adducts was generally lower than in fibroblasts. Conclusions. Overall, BPDE may be detrimental for develo- ping neural tissue. However, the effects of BPDE on cells with the ability to differentiate into the neuronal lineage may depend on the cell microenvironment. Keywords: DNA damage, DNA repair, genotoxicity, benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide, neuronal lineage

Recognition but no repair of abasic site in single-stranded DNA by human ribosomal uS3 protein residing within intact 40S subunit

Isolated human ribosomal protein uS3 has extra-ribosomal functions including those related to base excision DNA repair, e.g. AP lyase activity that nicks double-stranded (ds) DNA 3' to the abasic (AP) site. However, the ability of uS3 residing within ribosome to recognize and cleave damaged DNA has never been addressed. Here, we compare interactions of single-stranded (ss) DNA and dsDNA bearing AP site with human ribosome-bound uS3 and with the isolated protein, whose interactions with ssDNA were not yet studied. The AP lyase activity of free uS3 was much higher with ssDNA than with dsDNA, whereas ribosome-bound uS3 was completely deprived of this activity. Nevertheless, an exposed peptide of ribosome-bound uS3 located far away from the putative catalytic center previously suggested for isolated uS3 cross-linked to full-length uncleaved ssDNA, but not to dsDNA. In contrast, free uS3 cross-linked mainly to the 5'-part of the damaged DNA strand after its cleavage at the AP site. ChIP-seq analysis showed preferential uS3 binding to nucleolus-associated chromatin domains. We conclude that free and ribosome-bound uS3 proteins interact with AP sites differently, exhibiting their non-translational functions in DNA repair in and around the nucleolus and in regulation of DNA damage response in looped DNA structures, respectively

Human and bacterial DNA polymerases discriminate against 8-oxo-2'-deoxyadenosine- 5'-triphosphate

Цель. 8-оксоаденин – распространенное поврежденное основание, ассоциированное с онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями. Оно может возникать вследствие непосредственного окисления аденина в ДНК или при включении окисленного dNTP. Методы. Разработан эффективный способ синтеза 8-оксо-2'-дезоксиаденозин-5'-трифосфата и изучено его включение в ДНК разными ДНК-полимеразами. Результаты. Фрагмент Кленова ДНК-полимеразы I с невысокой эффективностью включал oA напротив гуанина. Для ДНК-полимеразы наблюдалось ограниченное включение oA напротив гуанина и аденина, а для ДНК-полимеразы b – напротив аденина, тимина и гуанина. Выводы. Как источник oA в геноме окисление аденина в ДНК может иметь большее значение, чем окисление dATP. Kлючевые слова: мутагенез, повреждение ДНК, оксидативный стресс, 8-оксоаденин, ДНК полимеразы.Мета. 8-оксоаденін – розповсюджена пошкоджена основа, асо- ційована з онкологічними і нейродегенеративними захворюваннями. Воно може виникати внаслідок безпосереднього окиснення аденіну в ДНК або при вбудовуванні окисненого dNTP. Методи. Розроблено ефективний спосіб синтезу 8-оксо-2'-дезоксиаденозин-5'-трифосфату і вивчено його включення в ДНК різними ДНК- полімеразами. Результати. Фрагмент Кленова ДНК-полі- мерази I з невисокою ефективністю включав oA навпроти гуаніну. Для ДНК-полімерази спостерігалося обмежене включення oA навпроти гуаніну і аденіну, а для ДНК-полімерази b – навпроти аденіну, тиміну і гуаніну. Висновки. Як джерело oA в геномі окиснення аденіну в ДНК може мати більше значення, ніж окиснення dATP. Ключові слова: мутагенез, пошкодження ДНК, оксидативний стрес, 8-оксоаденін, ДНК-полімерази.Aim. 8-Oxoadenine is an abundant DNA lesion associated with cancer and neurodegeneration. It may appear through direct oxidation of adenine in DNA or by incorporation from the oxidized dNTP pool. Methods. We developed an efficient method of synthesizing 8-oxo-2'-deoxyadenosine-5'-triphosphate and studied its incorporation by various DNA polymerases. Results. oA was weakly misincorporated opposite guanine by the DNA polymerase I Klenow fragment. Limited incorporation of oA was observed opposite guanine and adenine with DNA polymerase a, and opposite adenine, thymine and guanine with DNA polymerase b. Conclusions. Adenine oxidation in DNA may outweigh damage to dATP as a source of genomic oA. Keywords: mutagenesis, DNA damage, oxidative stress, 8-oxoadenine, DNA polymerases

Modeling the Subsurface Structure of Sunspots

While sunspots are easily observed at the solar surface, determining their subsurface structure is not trivial. There are two main hypotheses for the subsurface structure of sunspots: the monolithic model and the cluster model. Local helioseismology is the only means by which we can investigate subphotospheric structure. However, as current linear inversion techniques do not yet allow helioseismology to probe the internal structure with sufficient confidence to distinguish between the monolith and cluster models, the development of physically realistic sunspot models are a priority for helioseismologists. This is because they are not only important indicators of the variety of physical effects that may influence helioseismic inferences in active regions, but they also enable detailed assessments of the validity of helioseismic interpretations through numerical forward modeling. In this paper, we provide a critical review of the existing sunspot models and an overview of numerical methods employed to model wave propagation through model sunspots. We then carry out an helioseismic analysis of the sunspot in Active Region 9787 and address the serious inconsistencies uncovered by \citeauthor{gizonetal2009}~(\citeyear{gizonetal2009,gizonetal2009a}). We find that this sunspot is most probably associated with a shallow, positive wave-speed perturbation (unlike the traditional two-layer model) and that travel-time measurements are consistent with a horizontal outflow in the surrounding moat.Comment: 73 pages, 19 figures, accepted by Solar Physic

Local Helioseismology of Sunspots: Current Status and Perspectives (Invited Review)

Mechanisms of the formation and stability of sunspots are among the longest-standing and intriguing puzzles of solar physics and astrophysics. Sunspots are controlled by subsurface dynamics hidden from direct observations. Recently, substantial progress in our understanding of the physics of the turbulent magnetized plasma in strong-field regions has been made by using numerical simulations and local helioseismology. Both the simulations and helioseismic measurements are extremely challenging, but it becomes clear that the key to understanding the enigma of sunspots is a synergy between models and observations. Recent observations and radiative MHD numerical models have provided a convincing explanation to the Evershed flows in sunspot penumbrae. Also, they lead to the understanding of sunspots as self-organized magnetic structures in the turbulent plasma of the upper convection zone, which are maintained by a large-scale dynamics. Local helioseismic diagnostics of sunspots still have many uncertainties, some of which are discussed in this review. However, there have been significant achievements in resolving these uncertainties, verifying the basic results by new high-resolution observations, testing the helioseismic techniques by numerical simulations, and comparing results obtained by different methods. For instance, a recent analysis of helioseismology data from the Hinode space mission has successfully resolved several uncertainties and concerns (such as the inclined-field and phase-speed filtering effects) that might affect the inferences of the subsurface wave-speed structure of sunspots and the flow pattern. It becomes clear that for the understanding of the phenomenon of sunspots it is important to further improve the helioseismology methods and investigate the whole life cycle of active regions, from magnetic-flux emergence to dissipation.Comment: 34 pages, 18 figures, submitted to Solar Physic

Genotoxicity of a carcinogenic metabolite of benzo[a]pyrene for cells of neuronal differentiation lineage

Цель. Бензо[a]пирен-7,8-дигидродиол-9,10-эпоксид (BPDE) – основной метаболит канцерогенного полициклического ароматического углеводорода бензо[a]пирена. Влияние BPDE на предшественники нервных клеток практически не охарактеризовано. Методы. Изучены выживаемость и морфология клеток PC12 и эмбриональных гиппокампальных нейронов мыши в культуре в присутствии BPDE. Методом электрофореза радиоактивно меченных нуклеотидов проанализировано накопление аддуктов BPDE в культивируемых клетках PC12 и фибробластах. Результаты. Выживаемость клеток и уровень аддуктов зависят от типа внеклеточного матрикса, к которому прикрепляются клетки. При сублетальных дозах BPDE наблюдается эффективная репарация аддуктов, образуемых этим метаболитом. Для клеток PC12 токсичность и уровень аддуктов BPDE оказались ниже, чем для фибробластов. Выводы. В целом, BPDE может нарушать нормальное развитие нервной ткани, однако влияние BPDE на клетки, способные к дифференцировке по нейрональной ветви, может зависеть от их микроокружения. Ключевые слова: повреждение ДНК, репарация, генотоксичность, бензо[a]пирен-7,8-дигидродиол-9,10-эпоксид, нейрональная ветвь.Мета. Бензо[a]пірен-7,8-дигідродіол-9,10-епоксид (BPDE) – основний метаболіт канцерогенного поліциклічного ароматичного вуглеводню бензо[a]пірену. Вплив BPDE на попередники нервових клітин практично не охарактеризовано. Методи. Вивчено вижива- ність і морфологію клітин PC12 та ембріональних гіпокампальних нейронів миші в культурі за присутності BPDE. Методом електрофорезу радіоактивно мічених нуклеотидів проаналізовано накопичення адуктів BPDE у культивованих клітинах PC12 і фібробластах. Результати. Виживаність клітин і рівень адуктів залежать від типу позаклітинного матриксу, до якого прикріплюються клітини. За сублетальних доз BPDE спостерігається ефективна репарація адуктів, утворених цим метаболітом. Для клітин PC12 токсичність і рівень адуктів BPDE виявилися нижчими, ніж для фібробластів. Висновки. У цілому BPDE може порушувати нормальний розвиток нервової тканини, однак вплив BPDE на клітини, здатні до диференціювання по нейрональній гіл- ці, скоріш за все, залежить від їхнього мікрооточення. Ключові слова: пошкодження ДНК, репарація, генотоксичність, бензо[a]пірен-7,8-дигідродіол-9.10-епоксид, нейрональна гілка.Aim. Benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide (BPDE) is the major metabolite of an environmental carcinogen, polycyclic aromatic hydrocarbon benzo[a]pyrene. The effects BPDE could have on neuronal cells progenitors are mostly uncharacterized. Methods. We have studied survival and morphology of cultured PC12 cells and mouse embryonic hippocampal neurons in the presence of BPDE. We have also used post-labeling to compare accumulation of BPDE adducts in cultured PC12 cells and fibroblasts. Results. The survival of cells and the level of adducts depended on the type of extracellular matrix to which the cells were attached. At tolerated BPDE doses, the adducts formed by this metabolite were efficiently repaired. In PC12 cells, BPDE toxicity and the level of adducts was generally lower than in fibroblasts. Conclusions. Overall, BPDE may be detrimental for develo- ping neural tissue. However, the effects of BPDE on cells with the ability to differentiate into the neuronal lineage may depend on the cell microenvironment. Keywords: DNA damage, DNA repair, genotoxicity, benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide, neuronal lineage

Human and bacterial DNA polymerases discriminate against 8-oxo-2'-deoxyadenosine- 5'-triphosphate

Цель. 8-оксоаденин – распространенное поврежденное основание, ассоциированное с онкологическими и нейродегенеративными заболеваниями. Оно может возникать вследствие непосредственного окисления аденина в ДНК или при включении окисленного dNTP. Методы. Разработан эффективный способ синтеза 8-оксо-2'-дезоксиаденозин-5'-трифосфата и изучено его включение в ДНК разными ДНК-полимеразами. Результаты. Фрагмент Кленова ДНК-полимеразы I с невысокой эффективностью включал oA напротив гуанина. Для ДНК-полимеразы наблюдалось ограниченное включение oA напротив гуанина и аденина, а для ДНК-полимеразы b – напротив аденина, тимина и гуанина. Выводы. Как источник oA в геноме окисление аденина в ДНК может иметь большее значение, чем окисление dATP. Kлючевые слова: мутагенез, повреждение ДНК, оксидативный стресс, 8-оксоаденин, ДНК полимеразы.Мета. 8-оксоаденін – розповсюджена пошкоджена основа, асо- ційована з онкологічними і нейродегенеративними захворюваннями. Воно може виникати внаслідок безпосереднього окиснення аденіну в ДНК або при вбудовуванні окисненого dNTP. Методи. Розроблено ефективний спосіб синтезу 8-оксо-2'-дезоксиаденозин-5'-трифосфату і вивчено його включення в ДНК різними ДНК- полімеразами. Результати. Фрагмент Кленова ДНК-полі- мерази I з невисокою ефективністю включав oA навпроти гуаніну. Для ДНК-полімерази спостерігалося обмежене включення oA навпроти гуаніну і аденіну, а для ДНК-полімерази b – навпроти аденіну, тиміну і гуаніну. Висновки. Як джерело oA в геномі окиснення аденіну в ДНК може мати більше значення, ніж окиснення dATP. Ключові слова: мутагенез, пошкодження ДНК, оксидативний стрес, 8-оксоаденін, ДНК-полімерази.Aim. 8-Oxoadenine is an abundant DNA lesion associated with cancer and neurodegeneration. It may appear through direct oxidation of adenine in DNA or by incorporation from the oxidized dNTP pool. Methods. We developed an efficient method of synthesizing 8-oxo-2'-deoxyadenosine-5'-triphosphate and studied its incorporation by various DNA polymerases. Results. oA was weakly misincorporated opposite guanine by the DNA polymerase I Klenow fragment. Limited incorporation of oA was observed opposite guanine and adenine with DNA polymerase a, and opposite adenine, thymine and guanine with DNA polymerase b. Conclusions. Adenine oxidation in DNA may outweigh damage to dATP as a source of genomic oA. Keywords: mutagenesis, DNA damage, oxidative stress, 8-oxoadenine, DNA polymerases