The correction of disease-causing mutations by single-strand oligonucleotide-templated DNA repair (ssOR) is an attractive approach to gene therapy, but major improvements in ssOR efficiency and consistency are needed. The mechanism of ssOR is poorly understood but may involve annealing of oligonucleotides to transiently exposed single-stranded regions in the target duplex. In bacteria and yeast it has been shown that ssOR is promoted by expression of $Red{\beta}$, a single-strand DNA annealing protein from bacteriophage lambda. Here we show that $Red{\beta}$ expression is well tolerated in a human cell line where it consistently promotes ssOR. By use of short interfering RNA, we also show that ssOR is stimulated by the transient depletion of the endogenous DNA mismatch repair protein MSH2. Furthermore, we find that the effects of $Red{\beta}$ expression and MSH2 depletion on ssOR can be combined with a degree of cooperativity. These results suggest that oligonucleotide annealing and mismatch recognition are distinct but interdependent events in ssOR that can be usefully modulated in gene correction strategies.
Oxidized abasic residues arise as a major class of DNA damage by a variety of agents involving free radical attack and oxidation of deoxyribose sugar components. 2-deoxyribonolactone (dL) is a C1'-oxidized abasic lesion implicated in DNA strand scission, mutagenesis, and covalent DNA-protein cross-link (DPC). We show here that mammalian cell-free extract give rise to stable DPC formation that is specifically mediated by dL residue. When a duplex DNA containing dL at the site-specific position was incubated with cell-free extracts of Po ${\beta}-proficient$ and -deficient mouse embryonic fibroblast cells, the formation of major dL-mediated DPC was dependent on the presence of DNA polymerase (Pol) ${\beta}$. Formation of dL-specific DPC was also observed with histones and FEN1 nuclease, although the reactivity in forming dL-mediated DPC was significantly higher with Pol ${\beta}$ than with histones or FEN1. DNA repair assay with a defined DPC revealed that the dL lesion once cross-linked with Pol ${\beta}$ was resistant to nucleotide excision repair activity of cell-free extract. Analysis of nucleotide excision repair utilizing a model DNA substrate containing a (6-4) photoproduct suggested that excision process for DPC was inhibited because of DNA single-strand incision at 5' of the lesion. Consequently DPC mediated by dL lesion may not be readily repaired by DNA excision repair pathway but instead function as unusual DNA damage causing a prolonged DNA strand break and trapping of the major base excision repair enzyme.
This study tested the feasibility of observing H/D exchange of intact protein by top-down electron capture dissociation (ECD) mass spectrometry for the investigation of protein structure. Ubiquitin is selected as a model system. Local structural information was obtained from the deuteration levels of c and $z^{\cdot}$ ions generated from ECD. Our results showed that ${\alpha}$-helix region has the lowest deuteration level and the C-terminal fraction containing a highly mobile tail has the highest deuteration level, which correlates well with previous X-Ray and HDX/NMR analyses. We studied site-specific H/D exchange kinetics by monitoring H/D exchange rate of several structural motives of ubiquitin. Two hydrogen bonded ${\beta}$-strands showed similar HDX rates. However, the outer ${\beta}$-strand always has higher deuteration level than the inner ${\beta}$-strand. The HDX rate of the turn structure (residues 8-11) is lower than that of ${\beta}$-strands (residues 1-7 and residues 12-17) it connects. Although isotopic distribution gets broader after H/D exchange which results in a limited number of backbone cleavage sites detected, our results demonstrate that this method can provide valuable detailed structural information of proteins. This approach should also be suitable for the structural investigation of other unknown proteins, protein conformational changes, as well as protein-protein interactions and dynamics.
Background: DNA polymerase beta ($pol{\beta}$) is a key enzyme in the base excision repair pathway. It is 39kDa protein, with two subunits, one large subunit of 31 kDa having catalytic activity between exon V to exon XIV, and an 8 kDa smaller subunit having single strand DNA binding activity. Exons V to VII have double strand DNA binding activity, whereas exons VIII to XI account for the nucleotidyl transferase activity and exons XII to XIV the dNTP selection activity. Aim: To examine the association between $pol{\beta}$ polymorphisms and the risk of ovarian cancer, the present case control study was performed using 152 cancer samples and non-metastatic normal samples from the same patients. In this study, mutational analysis of $pol{\beta}$ genomic DNA was undertaken using primers from exons IX to XIV - the portion having catalytic activity. Results: We detected alteration in DNA polymerase beta by SSCP. Two specific heterozygous point mutations of $pol{\beta}$ were identified in Exon 9:486, A->C (polymorphism 1; 11.18%) and in Exon 11:676, A->C (polymorphism 2; 9.86%). The correlation study involving polymorphism 1 and 4 types of tissue showed a significant correlation between mucinous type with a Pearson correlation value of 4.03 (p=0.04). The association among polymorphism 2 with serous type and stage IV together have shown Pearson ${\chi}^2$ value of 3.28 with likelihood ratio of 4.4 (p=0.07) with OR =2.08 (0.3-14.55). This indicates that there is a tendency of correlation among polymorphism 2, serous type and stage IV, indicating a risk factor for ovarian cancer. Conclusion: Hence, the results indicate that there is a tendency for $pol{\beta}$ polymorphisms being a risk factor for ovarian carcinogenesis in India.
The present study was aimed at determining the effects of alkylating and oxidative stress inducing agents on a newly identified variant of DNA polymerase beta ($pol{\beta}{\Delta}_{208-304}$) specific for ovarian cancer. $Pol{\beta}{\Delta}_{208-304}$ has a deletion of exons 11-13 which lie in the catalytic part of enzyme. We compared the effect of these chemicals on HeLa cells and HeLa cells stably transfected with this variant cloned into in pcDNAI/neo vector by MTT, colony forming and apoptosis assays. $Pol{\beta}{\Delta}_{208-304}$ cells exhibited greater sensitivity to an alkylating agent and less sensitivity towards $H_2O_2$ and UV when compared with HeLa cells alone. It has been shown that cell death in $Pol{\beta}{\Delta}_{208-304}$ transfected HeLa cells is mediated by the caspase 9 cascade. Exon 11 has nucleotidyl selection activity, while exons 12 and 13 have dNTP selection activity. Hence deletion of this part may affect polymerizing activity although single strand binding and double strand binding activity may remain same. The lack of this part may adversely affect catalytic activity of DNA polymerase beta so that the variant may act as a dominant negative mutant. This would represent clinical significance if translated into a clinical setting because resistance to radiation or chemotherapy during the relapse of the disease could be potentially overcome by this approach.
Park, Sang-Bum;Han, Sang-Man;Nam, Youn-Hyoung;Jang, Won-Cheoul
Analytical Science and Technology
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v.17
no.1
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pp.53-59
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2004
Up to now, methods for the detection of genetic alterations as single strand conformation polymorphism (SSCP) or denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) have been used. It is too labor-intensive and expensive to serve for routine analysis. Moreover, lower in its sensitivity and specificity being also strongly dependent on the experience of the investigater. To improve these problems, we analysed mutation of ${\beta}_2$-adrenergic receptor gene that controls bronchial asthma by denaturing high performance liquid chromatography (DHPLC) according to ion-pair reversed phase chromatography (IP-RPC). We extracted genomic DNA from 80 asthma patients and then amplified DNA using PCR and analysed PCR product by SSCP and DHPLC. As a result, we analysed mutation frequency is 19 (23.75%) on SSCP and 25 (31.25%) on DHPLC in ${\beta}_2$-adrenergic receptor gene. We conclude that DHPLC is a fast and simple screening method rather than SSCP analysis.
Choi, Sung Yoon;Kim, Byung Hwi;Huh, Beom Kang;Jeong, Woong;Park, Min;Park, Hyo Jin;Park, Ji-Ho;Heo, Chan Yeong;Choy, Young Bin
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.469-477
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2018
We describe surgical sutures enabled with the local, sustained delivery of a TGF-${\beta}$ inhibitory drug, tranilast. To fabricate drug-delivery sutures, we separately prepared a tranilast-loaded strand using poly (lactic-co-glycolic acid), which was then physically braided with a surgical suture already in clinical use. By this method, the drug-delivery sutures maintained the mechanical strength and allowed the modulation of drug release profiles by simply altering the tranilast-loaded strand. The drug-delivery sutures herein released tranilast for up to 14 days. When applied to animal models, scarring was indeed reduced with diminished TGF-${\beta}$ expression and fibroblast numbers during the entire 21 day testing period.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.2
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pp.389-398
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2018
This study was to investigate the antioxidant and anti-amyloid activities of the extract (KP-HE) from Kalopanax pictus (KP) fermented with Hericium erinaceum (HE) mycelium. Antioxidant activity was evaluated based on 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH) and 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical(ABTS) scavenging assays. In all assays, the extracts from KP, HE and KP-HE had the potential for antioxidant activities. However, antioxidant activity of KP-HE significantly scavenged DPPH radical as compared to the KP and HE. The result suggested that the antioxidant component was increased in the process of KP fermented with HE. KP-HE was shown to significantly inhibite peroxyl radical-mediated DNA strand breakage whereas KP and HE did not inhibit DNA strand breakage. The aggregation of the amyloid-${\beta}$ ($A{\beta}$) peptide is involved in the pathological process of Alzheimer's disease(AD). In this study, the effects of KP, HE and KP-HE on the aggregation of $A{\beta}_{1-42}$ were investigated. KP and HE had little effect on $A{\beta}$ aggregation and KP-HE effectively inhibited $A{\beta}$ aggregation. KP-HE effectively inhibited $A{\beta}$ induced cell death and significantly increased of the 20.3% cell survival at $300{\mu}g/mL$ concentration. KP-HE also decreased intracellular reactive oxygen specie levels in $A{\beta}$-treated cells. The results suggested that KP-HE had antioxidant and anti-amyloid activities. Therefore, KP-HE could potentially be used as a valuable functional food ingredient to prevent neurodegenerative disorders such as AD.
We have performed long time REMD simulation on 15-19 residues of human calcitonin hormone (DFNKF) which is known to form highly ordered amyloid fibril. The simulation started from randomly oriented multiple DFNKF strand. Using all-atom level simulations with the generalized Born solvation (GB) model (param99MOD3), we observed spontaneous formation of ${\beta}$-sheet for tetramer. Interestingly, the current simulation gives anti-parallel sheet as a major conformation, consistent with experiments. The major interaction stabilizing the anti-parallel sheet seems to be the inter-strand hydrogen bond.
The effects of aphidicolin (APC), an inhibitor of DNA polymerase alpha, or 2', 3'-dideoxythymidine 5'-triphosphate (ddTTP), an inhibitor of DNA polymerase beta, on the repair of DNA damage induced by ethyl methanesulfonate (EMS) or bleomycin (BLM) were investigated in Chinese hamster ovary (CHO)-K1 cells. Three assays were employed in this study: unscheduled DNA synthesis, alkaline elution and alkaline sucrose gradient sedimentation. It was shown that APC or ddTTP inhibited DNA induced by EMS, and thus, the post-treatment with APC or ddTTP following EMS treatment was resulted in the more amount of unscheduled DNA synthesis, and the more accumulation of DNA single-stand breaks than the cells post-incubated without APC or ddTTP. While, in the BLM induced DNA repair, only ddTTP inhibited DNA repair induced by BLM. And thus, the groups post-incubated with or without APC after BLM treatment had the same value in the amount of unscheduled DNA synthesis and of DNA single-strand breaks, while post-treatment with ddTTP was resulted in the increased amount of unscheduled DNA synthesis and the increased DNA sin -strand breaks than the group without ddTTP. These results suggested that both of DNA polymerase $\alpha$ and $\beta$ participated in the repair of DNA damage induced by EMS, but in BLM-induced DNA repair, polymerase $\beta$ participated.ipated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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