DSpace Repository

The relationship among DNA methylation, endogenous DNA double strand breaks and genomic instability

Show simple item record

dc.contributor.advisor Apiwat Mutirangura
dc.contributor.author Araya Thongnak
dc.contributor.other Chulalongkorn University. Faculty of Medicine
dc.date.accessioned 2012-11-27T04:43:45Z
dc.date.available 2012-11-27T04:43:45Z
dc.date.issued 2011
dc.identifier.uri http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/26342
dc.description Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2011 en
dc.description.abstract Inhibition of DNA-PKcs-mediated non-homologous end joining (NHEJs) under drug- induced histone acetylation reduces cell survival. However the mechanism is not well understood. Recently, we developed a new PCR-based technique to measure the amounts and types of epigenetic modification of endogenous DNA double strand breaks (EDSBs). We found that EDSBs in cells at G0 stage, known as replication-independent EDSBs (RIND-EDSBs) exist in two classes, namely, those present at a given level in all cell types under normal physiological conditions (named NRIND-EDSBs), which are hypermethylated, retained in facultative heterochromatin, devoid of γ-H2AX phosphorylation, and are repaired by a slow but more precise ATM-mediated NHEJs; and those (known as PRIND-EDSBs) that are hypomethylated and bound by γ-H2AX are only detected when DSB repair is inhibited. As NRIND-EDSBs are found in all cell types, we propose that they may possess normal physiological function. On the other hand, cells recognize PRIND-EDSBs as equivalent to radiation-induced DSBs and may be pathogenic. NRIND-EDSBs were reduced when chromatin became hyperacetylated by treatment with 100 ng/ml trichostatin A (TSA) (histone deacetylase inhibitor), but were increased when cells were treated with a combination of 100 ng/ml TSA, 2.5 mM vanillin (DNA-PKcs inhibitor) and 5 mM caffeine (ATM inhibitor). Therefore, we hypothesize that NRIND-EDSBs prevent PRIND-EDSB production, and that reduction of NRIND-EDSBs should increase PRIND-EDSBs, leading to cell death when repair of EDSBs are inhibited. We observed a reduction in NRIND-EDSBs under three situations: DNA hypomethylation, histone hyperacetylation and down regulation of high-mobility group protein B1 (HMGB1). We also found variations in NRIND-EDSB levels under normal culture conditions. When TSA-treated cells or those containing reduced levels of HMGB1 were exposed to vanillin, there was an increase in PRIND-EDSBs after 2 hours. Consequently, lower survivals were observed in both types of test cells. There is also a direct correlation between NRIND-EDSB level and resistance to vanillin treatment. In summary, NRIND-EDSBs are maintained in normal cells at a given level by DNA methylation, histone acetylation and an appropriate amount of HMGB1. Reduction in NRIND-EDSBs results in an increase in PRIND-EDSBs, thereby causing cell death when cells are treated with inhibitor of DSB repair (viz. vanillin). We postulate that in the absence of DNA repair inhibitors, PRIND-EDSBs should lead to DSB repair errors. Thus, a reduction of NRIND-EDSBs as a result of global hypomethylation, histone hyperacetylation or reduction of HMGB1 may underlie genomic instability. en
dc.description.abstractalternative การยับยั้งโปรตีน DNA-PKcs ซึ่งเป็นโปรตีนที่มีหน้าที่สำคัญในกระบวนการซ่อมแซมดีเอนเอที่ฉีกขาดทั้งสองสายด้วยวิธี non-homologous end joining (NHEJ) ภายใต้การเหนี่ยวนำให้เกิดกระบวนการเติมหมู่อะเซติลที่ฮิสโตน (histone acetylation) จะทำให้การรอดชีวิตของเซลล์ลดลง อย่างไรก็ตามยังไม่ทราบกระบวนการที่แน่ชัด เร็วๆ นี้ได้มีการคิดค้นวิธีที่จะวัดปริมาณดีเอนเอที่ฉีกขาดแบบสายคู่ที่เกิดขึ้นเองโดยอาศัยเทคนิค PCR ซึ่งทำให้พบว่ามีดีเอนเอแบบสายคู่ฉีกขาดที่เกิดขึ้นเองในระยะพักของเซลล์ (G0) ด้วย จึงเรียกดีเอนเอฉีกขาดแบบสายคู่ที่เกิดขึ้นเองนี้ว่า replication independent EDSBs หรือ RIND-EDSBs ซึ่งหมายถึงดีเอนเอฉีกขาดแบบสายคู่ที่เกิดขึ้นเองที่ไม่ได้เป็นผลมาจากการเกิดการจำลองตัวเองของดีเอนเอ โดยที่ RIND-EDSBs นั้นสามารถจำแนกออกได้เป็นสองชนิด ชนิดแรกปรากฏทั่วไปในเซลล์จำนวนหนึ่งภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยา เรียกชื่อว่า NRIND-EDSBs (normal physiological RIND-EDSBs) ซึ่งมักจะอยู่ในบริเวณที่มีหมู่เมทิลสูงในจีโนม หรือบริเวณที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ของเฮเทโรโครมาติน (facultative heterochromatin) ซึ่งไม่สามารถตรวจพบการเกิดฟอสโฟรีเลชันที่ γ-H2AX ได้ และมักเกิดการซ่อมแซมได้ช้ากว่าด้วยกระบวนการที่ช้ากว่าโดยอาศัยโปรตีน ATM ซึ่งทำหน้าที่ในกระบวนการซ่อมแซมดีเอนเอที่ฉีกขาดทั้งสองสายด้วยวิธี NHEJ อีกตัวหนึ่ง RIND-EDSBs ชนิดที่สองเรียกชื่อว่า PRIND-EDSBs (pathogenic RIND-EDSBs) มักพบในบริเวณที่มีหมู่เมทิลต่ำในจีโนมและสามารถเกิด γ-H2AX ได้ ซึ่ง RIND-EDSBs ชนิดนี้จะสามารถพบได้เมื่อมีการยับยั้งกระบวนการซ่อมแซมดีเอนเอที่ฉีกขาดทั้งสองสาย เนื่องจาก RIND-EDSBs ชนิดแรกสามารถตรวจพบได้ในเซลล์ทุกชนิด จึงคาดว่า RIND-EDSBs ชนิดนี้น่าจะมีบทบาทในทางสรีรวิทยาของเซลล์และในขณะเดียวกันเซลล์จำแนกและจดจำ RIND-EDSBs ชนิดที่สองเช่นเดียวกับเมื่อมีการเกิดดีเอนเอฉีกขาดแบบสายคู่ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำของรังสี ดังนั้น RIND-EDSBs ชนิดที่สองจึงน่าจะเป็นชนิดที่ทำให้เกิดพยาธิสภาพบางอย่างในเซลล์ได้ ปริมาณของ RIND-EDSBs ชนิดที่หนึ่งสามารถถูกทำให้ลดลงได้เมื่อโครมาตินถูกเหนี่ยวนำด้วยสารเคมี Trichostatin A (TSA) ให้มีสภาพเป็นไฮเปอร์อะซิติลเลชั่น แต่ RIND-EDSBs ชนิดที่หนึ่งจะกลับเพิ่มปริมาณขึ้นได้เมื่อเซลล์ถูกเหนี่ยวนำด้วย TSA พร้อมๆ กับการใส่วานิลลิน (Vanillin) ซึ่งเป็นตัวยับยั้งโปรตีน DNA-PKcs และคาเฟอีน (Caffeine) ซึ่งเป็นตัวยับยั้งโปรตีน ATM ดังนั้นจึงตั้งสมมติฐานว่า RIND-EDSBs ที่สามารถพบได้ซึ่งเป็น RIND-EDSBs ที่มีบทบาทในทางสรีรวิทยาของเซลล์น่าจะช่วยป้องกันการเกิด EDSBs ได้ เนื่องจากการลดลงของ RIND-EDSBs โดยการเหนี่ยวนำด้วย TSA เป็นการเพิ่ม RIND-EDSBs ที่ส่งผลต่อพยาธิสภาพบางอย่างของเซลล์และทำให้เซลล์ตายเมื่อการซ่อมแซมถูกยับยั้ง จากการตั้งข้อสังเกตการลดลงของ RIND-EDSBs เกิดโดย 3 กระบวนการ ได้แก่ การมีหมู่เมทิลต่ำ, การเปลี่ยนสภาพโครมาตินด้วย TSA และการลดการทำงานของโปรตีน High-mobility group protein B1 (HMGB1) ที่มีบทบาทสำคัญเกี่ยวข้องกับโครมาติน และยังพบอีกว่าเกี่ยวกับความผันแปรของปริมาณ RIND-EDSBs ในสภาวะปกติของเซลล์ด้วย โดยที่เมื่อใส่วานิลลินให้กับเซลล์ที่ถูกใส่ TSA มาก่อนหรือเซลล์ที่ถูกลดการทำงานของโปรตีน HMGB1 มาก่อน จะพบการเพิ่มขึ้นของ EDSBs ที่ 2 ชั่วโมง เป็นผลให้การรอดชีวิตต่ำลงในเซลล์ทั้งสองชนิดตามมา นอกจากนี้ยังพบว่าปริมาณของ RIND-EDSBs ที่มีบทบาทในทางสรีรวิทยาของเซลล์มีความสัมพันธ์ไปในทางเดียวกับการรอดชีวิตของเซลล์ต่อวานิลลิน โดยสรุป RIND-EDSBs จะพบค้างอยู่ในเซลล์ปกติในปริมาณหนึ่งเนื่องด้วยบทบาทของ ดีเอนเอเมทิลเลชัน, ฮิสโตนอะเซติลเลชัน และโปรตีน HMGB1 ซึ่งการลดลงจะทำให้เกิด RIND-EDSBs ที่ส่งผลต่อพยาธิสภาพบางอย่างของเซลล์และทำให้เซลล์ตายเมื่อถูกยับยั้งโดยวานิลลิน และยังสันนิษฐานว่าหากไม่มีการยับยั้งกระบวนการซ่อมแซมดีเอนเอแล้ว RIND-EDSBs ที่ส่งผลต่อพยาธิสภาพบางอย่างของเซลล์อาจจะนำไปสู่การซ่อมแซมดีเอนเอที่ฉีกขาดทั้งสองสายแบบผิดพลาดได้ นอกจากนี้การลดลงของ RIND-EDSBs ที่มีบทบาทในทางสรีรวิทยาของเซลล์ที่เกิดจากการลดลงของระดับหมู่เมทิลในจีโนมอาจจะเป็นสาเหตุของการเกิดความไม่เสถียรในจีโนมได้จากกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น en
dc.format.extent 3698143 bytes
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en es
dc.publisher Chulalongkorn University en
dc.relation.uri http://doi.org/10.14457/CU.the.2011.1722
dc.rights Chulalongkorn University en
dc.subject DNA -- Methylation en
dc.subject DNA damage en
dc.subject Genomics -- Stability en
dc.title The relationship among DNA methylation, endogenous DNA double strand breaks and genomic instability en
dc.title.alternative ความสัมพันธ์ระหว่างหมู่เมทิลของดีเอนเอ, การฉีกขาดของดีเอนเอสายคู่ที่เกิดขึ้นเอง และความไม่เสถียรของจีโนม en
dc.type Thesis es
dc.degree.name Master of Science es
dc.degree.level Master's Degree es
dc.degree.discipline Medical Science es
dc.degree.grantor Chulalongkorn University en
dc.email.advisor Apiwat.M@Chula.ac.th
dc.identifier.DOI 10.14457/CU.the.2011.1722


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record