2-Deoxyribonolactone (dL) arises as a major DNA damage induced by a variety of agents, involving free radical attack and oxidation of C1'-deoxyribose in DNA. We investigated whether dL lesions can be repaired in mammalian cells and the mechanisms underlying the role of DNA polymerase $\beta$ in processing of dL lesions. Pol $\beta$ appeared to be trapped by dL residues, resulting in stable DNA-protein cross-links. However, repair DNA synthesis at site-specific dL sites occurred effectively in cell-free extracts, but predominantly accompanied by long-patch base excision repair (BER) pathway. Reconstitution of long-patch BER demonstrated that FEN1 was capable of removing the displaced flap DNA containing a 5'-dL residue. Cellular repair of dL lesions was largely dependent on the DNA polymerase activity of Pol $\beta$. Our observations reveal repair mechanisms of dL and define how mammalian cells prevent cytotoxic effects of oxidative DNA lesions that may threaten the genetic integrity of DNA.
Nissar, Saniya;Sameer, Aga Syed;Rasool, Roohi;Chowdri, Nissar A;Rashid, Fouzia
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.16
no.15
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pp.6385-6390
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2015
Background: Genetic polymorphisms in DNA repair genes may influence individual variation in DNA repair capacity, which may be associated with risk of developing cancer. For colorectal cancer the importance of mutations in mismatch repair genes has been extensively documented. Materials and Methods: In this study we focused on the Arg194Trp polymorphism of the DNA repair gene XRCC1, involved in base excision repair (BER) and its role in colorectal cancer in Kashmiri population. A case-control study was conducted including 100 cases of colorectal cancer, and 100 hospital-based age- and sex-matched healthy controls to examine the role of XRCC1 genetic polymorphisms in the context of colorectal cancer risk for the Kashmiri population. Results: Genotype analysis of XRCC1 Arg194Trp was conducted with a restriction fragment length polymorphism (RFLP) method. The overall association between the XRCC1 polymorphism and the CRC cases was found to be significant (p < 0.05) with both the heterozygous genotype (Arg/Trp) as well as homozygous variant genotype (Trp/Trp) being moderately associated with the elevated risk for CRC [OR=2.01 (95% CI=1.03-3.94) and OR=5.2(95% CI=1.42-19.5)] respectively. Conclusions: Our results suggest an increased risk for CRC in individuals with XRCC1 Arg194Trp polymorphism suggesting BER repair pathway modulates the risk of developing colorectal cancer in the Kashmiri population.
Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APEX1) is a multifunctional protein which plays a central role in the BER pathway. APEX1 gene being highly polymorphic in cancer patients and has been indicated to have a contributive role in Apurinic/apyrimidinic (AP) site accumulation in DNA and consequently an increased risk of cancer development. In this case-control study, all exons of the APEX1 gene and its exon/intron boundaries were amplified in 530 breast cancer patients and 395 matched healthy controls and then analyzed by single-stranded conformational polymorphism followed by sequencing. Sequence analysis revealed fourteen heterozygous mutations, seven 5'UTR, one 3'UTR, two intronic and four missense. Among identified mutations one 5'UTR (rs41561214), one 3'UTR (rs17112002) and one missense mutation (Ser129Arg, Mahjabeen et al., 2013) had already been reported while the remaining eleven mutations. Six novel mutations (g.20923366T>G, g.20923435G>A, g.20923462G>A, g.20923516G>A, 20923539G>A, g.20923529C>T) were observed in 5'UTR region, two (g.20923585T>G, g.20923589T>G) in intron1 and three missense (Glu101Lys, Ala121Pro, Ser123Trp) in exon 4. Frequencues of 5'UTR mutations; g.20923366T>G, g.20923435G>A and 3'UTR (rs17112002) were calculated as 0.13, 0.1 and 0.1 respectively. Whereas, the frequency of missense mutations Glu101Lys, Ser123Trp and Ser129Arg was calculated as 0.05. A significant association was observed between APEX1 mutations and increased breast cancer by ~9 fold (OR=8.68, 95%CI=2.64 to 28.5) with g.20923435G>A (5'UTR), ~13 fold (OR= 12.6, 95%CI=3.01 to 53.0) with g.20923539G>A (5'UTR) and~5 fold increase with three missense mutations [Glu101Lys (OR=4.82, 95%CI=1.97 to 11.80), Ser123Trp (OR=4.62, 95%CI=1.7 to 12.19), Ser129Arg (OR=4.86, 95%CI=1.43 to 16.53)]. The incidence of observed mutations was found higher in patients with family history and with early menopause. In conclusion, our study demonstrates a significant association between germ line APEX1 mutations and breast cancer patients in the Pakistani population.
Altered DNA repair capacity can result in increased susceptibility to cancer. The base excision repair (BER) pathway effectively removes DNA damage caused by ionizing radiation and reactive oxidative species (ROS). In the current study, we analyzed the possible relation of polymorphisms in BER genes, including 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1), apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1), and X-ray repair cross-complementing group 1 protein (XRCC1), with breast cancer risk in Chinese Han women. This case-control study examined 194 patients with breast cancer and 245 cancer-free hospitalized control subjects. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) of OGG1 (Ser326Cys), XRCC1 (Arg399Gln), and APE1 (Asp148Glu and -141T/G) were genotyped and analyzed for their association with breast cancer risk using multivariate logistic regression models. We found that XRCC1 Arg399Gln was significantly associated with an increased risk of breast cancer. Similarly, the XRCC1 Gln allele was significantly associated with an elevated risk in postmenopausal women and women with a high BMI (${\geq}24kg/m^2$). The OGG1 Cys allele provided a significant protective effect against developing cancer in women with a low BMI (< $24kg/m^2$). When analyzing the combined effects of these alleles on the risk of breast cancer, we found that individuals with ${\geq}2$ adverse genotypes (XRCC1 399Gln, APE1 148Asp, and OGG1 326Ser) were at a 2.18-fold increased risk of breast cancer (P = 0.027). In conclusion, our data indicate that Chinese women with the 399Gln allele of XRCC1 have an increased risk of breast cancer, and the combined effects of polymorphisms of BER genes may contribute to tumorigenesis.
Background: Numerous carcinogens and reactive oxygen species (ROS) may cause DNA damage including oxidative base lesions that lead to risk of nasopharyngeal carcinoma. Genetic susceptibility has been reported to play a key role in the development of this disease. The base excision repair (BER) pathway can effectively remove oxidative lesions, maintaining genomic stability and normal expression, with X-ray repair crosscomplementing1 (XRCC1), 8-oxoguanine glycosylase-1 (OGG1) and apurinic/apyimidinic endonuclease 1 (APE1) playing important roles. Aims: To analyze polymorphisms of DNA BER genes (OOG1, XRCC1 and APE1) and explore their associations, and the combined effects of these variants, with risk of nasopharyngeal carcinoma. Materials and Methods: We detected SNPs of XRCC1 (Arg399Gln), OGG1 (Ser326Cys), APE1 (Asp148Glu and -141T/G) using the polymerase chain reaction (PCR) with peripheral blood samples from 231 patients with NPC and 300 healthy people, furtherly analyzing their relations with the risk of NPC in multivariate logistic regression models. Results: After adjustment for sex and age, individuals with the XRCC1 399Gln/Gln (OR=1.96; 95%CI:1.02-3.78; p=0.04) and Arg/Gln (OR=1.87; 95%CI:1.29-2.71; p=0.001) genotype variants demonstrated a significantly increased risk of nasopharyngeal carcinoma compared with those having the wild-type Arg/Arg genotype. APE1-141G/G was associated with a significantly reduced risk of NPC (OR=0.40;95%CI:0.18-0.89) in the smoking group. The OR calculated for the combination of XRCC1 399Gln and APE1 148Gln, two homozygous variants, was significantly additive for all cases (OR=2.09; 95% CI: 1.27-3.47; p=0.004). Conclusion: This is the first study to focus on the association between DNA base-excision repair genes (XRCC1, OGG1 and APE1) polymorphism and NPC risk. The XRCC1 Arg399Gln variant genotype is associated with an increased risk of NPC. APE1-141G/G may decrease risk of NPC in current smokers. The combined effects of polymorphisms within BER genes of XRCC1 399Gln and APE1 148Gln may contribute to a high risk of nasopharyngeal carcinoma.
DNA damage response has a central role in the maintenance of genomic integrity while mutations in related genes may result in a range of disorders including neoplasic formations. The uvsZl characterized in this report is a navel uvs mutation in Aspergillus nidulans, resulting in a nucleotide excision repair (NER) phenotype: UV-sensitivity before DNA synthesis (quiescent cells), high UV-induced mutation frequency and probable absence of involvement with mitotic and meiotic recombinations. The mutation is recessive and nan-allelic to the previously characterized uvsA101 mutation, also located on the paba-y interval on chromosome I. uvsZl skewed wild-type sensitivity to MMS, which suggests non-involvement of this mutation with BER. Epitasis tests showed that the uvsZ gene product is probably involved in the same repair pathways as UVSB or UVSH proteins. Although mutations in these proteins result in an NER phenotype, UVSB is related with cell cycle control and UVSH is associated with the post-replicational repair pathway. The epistatic interaction among uvsZl and uvsB413 and uvsH77 mutations indicates that different repair systems may be related with the common steps of DNA damage response in Aspergillus nidulans.
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.
Background: DNA polymerase is a single-copy gene that is considered to be part of the DNA repair machinery in mammalian cells. The encoded enzyme is a key to the base excision repair (BER) pathway. It is evident that pol beta has mutations in various cancer samples, but little is known about ovarian cancer. Aim: Identification of any variant form of $pol{\beta}$ cDNA in ovarian carcinoma and determination of association between the polymorphism and ovarian cancer risk in Indian patients. We used 152 samples to isolate and perform RT-PCR and sequencing. Results: A variant of polymerase beta (deletion of exon 4-6 and 11-13, comprising of amino acid 63-123, and 208-304) is detected in heterozygous condition. The product size of this variant is 532 bp while wild type pol beta is 1 kb. Our study of association between the variant and the endometrioid type shows that it is a statistically significant factor for ovarian cancer [OR=31.9 (4.12-246.25) with p<0.001]. The association between variant and stage IV patients further indicated risk (${\chi}^2$ value of 29.7, and OR value 6.77 with 95% CI values 3.3-13.86). The correlation study also confirms the association data (Pearson correlation values for variant/stage IV and variant/endometrioid of 0.44 and 0.39). Conclusion: Individuals from this part of India with this type of variant may be at risk of stage IV, endometrioid type ovarian carcinoma.
Background: Oral cancers account for approximately 2% of all cancers diagnosed each year; however, the vast majority (80%) of the affected individuals are smokers whose risk of developing a lesion is five to nine times greater than that of non-smokers. Tobacco smoke contains numerous carcinogens that cause DNA damage, including oxidative lesions that are removed effectively by the base-excision repair (BER) pathway, in which poly (ADP-ribose) polymerase 1 (PARP-1), plays key roles. Genetic variations in the genes encoding DNA repair enzymes may alter their functions. Several studies reported mixed effects on the association between PARP-1 variants and the risk of cancer development. Till now no reported studies have investigated the association between PARP-1 variants and oral squamous cell carcinoma (OSCC) risk in an Indian population. Materials and Methods: In the present case control study 100 OSCC patients and 100 matched controls were genotyped using PARP1 single nucleotide peptides (SNP's) rs1136410 and rs3219090 using TaqMan assays. Results: The results indicated significantly higher risk with PARP1 rs1136410 minor allele "C" (OR=1.909; p=0.02942; CI, 1.060-3.439). SNP rs1136410 also showed significantly increased risk in patients with smoking habit at C/C genotype and at minor allele C. Conclusions: The PAPR-1 Ala762Val polymorphism may play a role in progression of OSCC. Larger studies with a greater number of samples are needed to verify these findings.
Background: The XRCC1 (X-ray repair cross complimenting group-I) gene in BER (base excision repair) pathway is essential for DNA repair process. Polymorphisms in this gene are associated with variations in the repair efficiency which might predispose individuals to development of various cancers. Two variants of XRCC1gene (at codon 399), Gln/Gln and Arg/Gln, have been shown to be related to lowered DNA repair capacity and increased genomic instability in multiple studies. Hence our investigation focused on genotyping these variants to correlate with other multiple risk factors in lung cancer (NSCLC) patients since we hypothesized that these variants of the XRCC1 gene might influence disease susceptibility. Materials and Methods: We examined the frequency of the polymorphism in one hundred cases and an almost equal number of controls after recording their demographics with a structured questionnaire. Genomic DNA from blood samples was extracted for PCR studies, followed by RFLP to determine the variants. The significance of the data was statistically analyzed. Results: The three genotypes in cases and controls were Arg/Arg (40% and 54.45%); Gln/Gln (19% and 9.90%), and Arg/Gln (41.0% and 35.64%) respectively. Among these 3 genotypes, we found Gln/Gln and Arg/Gln to show association with lung cancer. Correlating these genotypes with several parameters, we also found that these two variants were associated with risk in males (p<0.05) and with smoking habits (p<0.05). In females Arg/Gln genotype showed association with stage of the disease (p=0.04). This is the first report in South Indian scenario where Arg399Gln genotypes were found to be associated with stage of the disease in females. Conclusions: It is concluded that XRCC1 genotypes Gln/Gln and Arg/Gln may influence cancer susceptibility in patients with smoking habits and these functional SNPs in XRCC1 gene may act as attractive candidate biomarkers in lung cancer for diagnosis and prognosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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