Vliv změn v energetickém metabolismu buňky na stabilitu genomu

Radek Měch

Master's thesis

Impact of changes in the cell energy metabolism on the genomic stability

Abstract:

Zvýšená genetická nestabilita rakovinných buněk je často spojována s replikačním stresem. Replikační stres může být způsoben mnoha vnějšími a vnitřními faktory provázejících nádorovou transformaci. Předkládaná diplomová práce je zaměřena na případnou spojitost replikačního stresu a zásadní změnou metabolismu glukózy provázející většinu rakovinných transformací. Jedná se o přechod oxidativní fosforylace k aerobní glykolýze. Předpoklad, že energeticky náročný proces replikace DNA může být přechodem na glykolýzu negativně ovlivněn, nebyl dosud detailně studován. Zpomalení replikace, například látkami přímo interferujícími s DNA polymerázami, vede ke genetické nestabilitě projevující se například mitotickou fragilitou a expresí fragilních míst. Pokles hladiny ATP, v důsledku poškození systémů oxidativní fosforylace, by mohl u netransformovaných buněk interferovat s probíhající replikací, způsobovat podobný efekt a významně se tak podílet na vzniku a progresi nádorové transformace. Tato hypotéza byla testována kvantifikací genetické nestability u vybrané primární lidské buněčné linie mrc-5, ve které byl chemicky narušen proces oxidativní fosforylace. Inhibicí systémů oxidativní fosforylace chemickými inhibitory, byla skutečně indukována mitotická fragilita a v některých případech i poškození DNA interfázních buněk. Mitotická fragilita ani poškození DNA v interfázi není pravděpodobně způsobeno oxidativním stresem, jak prokázala analýza 8-oxoguaninu, markeru oxidativního stresu. Naopak indukovaná dysfunkce mitochondrií vedla ke snížení produkce této oxidované formy jednoho z hlavních nukleotidů. Inhibice oxidativní fosforylace navíc způsobuje i pokles replikace, jak prokázala analýza buněčného cyklu u synchronizovaných buněk

Abstract:

The enhanced genetic instability of cancer cells is often link to replication stress. Many exogenous and endogenous factors involved in cancer transforamation can cause replication stress. This diploma thesis is focused on possible connection between replication stress and crucial change in glucose metabolism accompanying most of cancer transformations. The change is based on a switch from oxidative phosphorylation to aerobic glycolysis. The hypothesis that energy demanding process of replication DNA can be negatively affected by glycolytic switch was not studied in the details yet. Generally retardation of replication, for example by chemicals which can directly interfere with DNA polymerases, leads to genetic instability such as mitotic fragility and expression of common fragile sites. Similarly tThe decrease in ATP level in non transformed cells as a in consequence of a failure of oxidative phosphorylation systems might interfere with ongoing replication and cause similar effects participating to origin and progression of tumor transformation. This hypothesis was tested by quantification of genetic instability in chosen primary cell line MRC-5 in which process of oxidative phosphorylation was chemically disrupted. Indeed, inhibition of oxidative phosphorylation systems by chemical inhibitors was cause mitotic fragility and in some cases also DNA damage in interphase cells. Neither mitotic fragility nor DNA damage induced in interphase cells resulted from oxidative stress which might proposed in case of mitochondria dysfunction as confirmed by analysis of 8-oxoguanin, marker of oxidative stress. In contrary, inhibition of oxidative phosphorylation decreased the level of this oxidized nucleotides. In addition, inhibition of oxidative phosphorylation caused also decrease in S phase progression as shown on FACS analysis on synchronized cells

Keywords

mitochondrie, oxidativní poškození, ROS, DNA poškození, replikační stres, oprava DNA

Keywords

mitochondria, oxidative damage, ROS, DNA damage, replication stress, DNA repair

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 9. 6. 2010
• Supervisor: Martin Mistrík
• Reader: Pavel Peč

Univerzita Palackého

Přírodovědecká fakulta

Master programme / field:
Biologie / Molekulární a buněčná biologie