Association between DNA damage and repair, and variability of genes encoding proteins involved in DNA base excision repair pathway and Alzheimer’s disease risk

Praca jest cyklem 4 spójnych tematycznie publikacji.Choroba Alzheimera (ang. Alzheimer’s disease, AD) to najczęstsza, nieuleczalna choroba otępienna obejmująca 50–75% wszystkich otępień. Według WHO AD dotyka około 5–8% osób powyżej 65 roku życia. Obecnie na świecie żyje ponad 36 milionów ludzi cierpiących na AD, a w samych Stanach Zjednoczonych ponad 5 milionów. W 2015 choroba Alzheimera była przyczyną śmierci niemal 85 tysięcy osób w tym kraju. Szacuje się, że w USA na opiekę nad chorymi na AD przeznacza się niemal 230 miliardów dolarów rocznie. Powyższe dane, a także fakt, że do chwili obecnej nie jest znana przyczyna tej choroby sprawiają, że istotne staje się poznanie molekularnego podłoża AD. Pod względem molekularnym proces rozwoju AD charakteryzuje się stopniowym odkładaniem w neuronach (a także poza nimi) amyloidu β (Aβ) w formie tzw. blaszek amyloidowych, czy też splątków neurofibrylarnych. Aβ to składający się z 40-42 reszt aminokwasowych oligopeptyd będący produktem niekanonicznego cięcia proteolitycznego białka prekursorowego amyloidu (ang. amyloid precursor protein, APP). Sukcesywne gromadzenie Aβ przyczynia się do rozwoju stanu zapalnego (ang. neuroinflammatory), obumierania neuronów (ang. neuronal loos), zaburzenia sekrecji neuroprzekaźników, spowolnienia szybkości przewodzenia impulsów elektrycznych i podwyższenia poziomu stresu oksydacyjnego. W przebiegu AD zaobserwowano wzmożone powstawanie 4-hydroksynonenalu, dialdehydu malonowego, 2-propenalu, karbonyli białkowych, 3-nitrozyny czyli bezpośrednich produktów utleniania lipidowych i białkowych struktur komórkowych. Procesy te wpływają na powstawanie uszkodzeń DNA, których nagromadzenie może doprowadzić do wielu patologii komórkowych, w tym do zmian neurodegeneracyjnych charakterystycznych dla choroby Alzheimera. Jednym z najważniejszych szlaków naprawy uszkodzeń oksydacyjnych DNA jest naprawa przez wycinanie zasad azotowych (ang. base excision repair, BER). System ten, według różnych szacunków, jest w stanie naprawić od ok. 20 do 30 tysięcy uszkodzeń DNA w każdej komórce w ciągu jednego dnia. Jednym z elementów tego szlaku są enzymy: glikozylazy (hOGG1, NEIL, MUTYH), liazy miejsca apurynowego/apirymidynowego (APEX), polimerazy ADP-rybozy (PARP1), endonukleazy usuwające strukturę odsłoniętej nici (FEN1), ligazy (LIG1, LIG3) oraz białko usuwające uszkodzenia indukowane promieniami X (białko naprawy DNA, XRCC1). Obniżeniu wydajności BER może sprzyjać obecność polimorfizmów pojedynczego nukleotydu (ang. single nucleotide polymorphism, SNP) czyli mutacji, w których rzadszy wariant występuje w populacji z częstością wyższą lub równą 1%, w genach kodujących białka będące elementami składowymi tego szlaku naprawy. Nieefektywna naprawa uszkodzeń materiału genetycznego i ich akumulacja może być początkiem sekwencji zdarzeń molekularnych prowadzących do zmian neurodegeneracyjnych charakterystycznych dla choroby Alzheimera. W niniejszej pracy zbadano polimorfizmy genów kodujących białka BER, poziom uszkodzeń DNA oraz efektywność ich naprawy, a także korelację pomiędzy zmiennością w genach BER, a poziomem uszkodzeń i naprawy DNA (korelacja genotyp fenotyp) .Praca została sfinansowana z grantu Narodowego Centrum Nauki (DEC-2012/05/B/NZ7/03032 - Tomasz Śliwiński, kierownik projektu).This study was supported by a scientific research grant from the Polish National Science Centre (No. DEC-2012/05/B/NZ7/03032)