文摘
有越来越多的证据表明控制基因组稳定至关重要的机制,在神经系统的发育和功能。神经元的主要威胁是DNA氧化损伤,修复的基本切除修复(BER)通路。功能性突变的酶处理过程中涉及到的长串优惠(单边带),期间产生的误码率与症状有关,目前重要的神经变化和认知能力下降。综述,可塑性的误码率在神经发生和正确的高效的误码率大脑功能的重要性将会特别特别重视解决的大脑区域和neuron-selectivity单边带repair-associated神经综合症和与年龄相关的神经退行性疾病。
1。介绍
每个细胞在人体每天收到成千上万的DNA损伤由多种来源。因此,细胞进化出了多方面的反应来抵消DNA损伤的潜在有害影响。细胞DNA损伤反应涉及到执行的DNA修复和激活的DNA损伤信号分子(DNA损伤反应,DDR)。主要的DNA修复途径,核苷酸切除修复(NER),基本切除修复(BER),错配修复(MMR),同源重组(人力资源)和nonhomologous end-joining (NHEJ),用于特定DNA的修复在某些方面改变和补充。尼珥是一个多步骤的过程,涉及损害引起严重失真的DNA结构,如UV-induced损伤和笨重的加合物(了1])。误码纠正DNA氧化、脱氨基作用和烷基化包括长串减免(单边带),都是病变,导致小变形的DNA螺旋结构(了2])。麻疹是一种进化高度保守的修复通路纠正不匹配产生在DNA复制和逃避校对(了3])。重组修复处理最致命形式的DNA损伤,双链断裂(双边带),通过使用一个DNA序列同源的人力资源或者需要很少或根本没有序列同源性为有效修复的NHEJ(了4])。
适当的DNA损伤修复和解决复制问题是精心策划的DDR,通过传感器的作用,传感器和效应器,协调与持续的细胞生理学DNA修复。信号传感器包括ATM和ATM-Rad3-related (ATR) DNA damage-activated激酶应对不同类型的DNA损伤。下游这些蛋白质是两个家庭的检查点激酶(分),Chk1和相关的激酶,监管目标的ATR和ATM激酶,分别(了5])。
DNA断裂引起的氧化损伤是成熟神经元的基因组稳定性的一个主要的威胁(6]。这种类型的损坏主要是修复/ SSBR的误码率。综述,DNA修复的可塑性在神经发生,数量/ SSBR的关键作用,及其在神经系统疾病的大脑区域选择性将被特别处理提供一个更新的最新发现。此外,原始数据的特征对不同脑区神经元氧化应激反应会呈现。
2。在神经发生可塑性的DNA损伤类型和修复
分化程序的监管网络包括基因参与应对DNA损伤和细胞死亡的执行。由于这种基因重组,处理维护基因组稳定的机制,可以大幅改变从神经发生转变为神经系统的成熟。通过使用在体外细胞分化体系,多项研究表明,DNA修复过程中表达下调分化(了7])。事实上,第一个证据提供的DNA修复的差别differentiation-associated对这些Hanawalt人类hNT神经元的实验室(8]。特别是,当UV-induced DNA损伤的修复是比较人类hNT终末分化神经元及其前体之间NT2细胞,很明显,postmitotic神经元显示减毒全球DNA修复,但有效地修复基因表达(一种途径,后来被称为transcription-domain相关维修)(9]。控制染色体完整性的机制,即端粒酶和telomere-associated蛋白,功能不同的端粒保护机制在神经发生和神经元成熟的过程,因为differentiation-associated转录控制。这影响响应DNA损伤因子所新生成的极端敏感性端粒损伤神经元缺乏端粒酶和TRF2 telomere-binding蛋白(10]。DNA损伤反应(DDR),复杂的细胞网络,监控基因组的完整性,也受到differentiation-associated基因重组的影响。Carlessi et al。11)表明,永生的人类神经干细胞的分化在体外伴随着upregulation ATM和依赖dna的激酶dna - pk ATR和Chk1差别明显对这些基因p53的瞬态感应,在一小部分细胞凋亡的发生。电离辐射的响应(IR),包括细胞凋亡、依赖于ATM如图所示的衰减后针对性的ATM的沉默。同样,这是表明DDR信号和辐射敏感度改变在终末分化星形胶质细胞相比他们的祖细胞,神经干细胞(NSC) [12]。虽然NSC激活规范DDR接触红外,星形胶质细胞缺乏功能性DDR ATM的信号和转录镇压导致抗辐射性。星形胶质细胞保留NHEJ基因的表达和DNA - pk是应对DNA损伤的关键球员。数量在神经分化的效率解决图片等。13]。他们表明,终末分化人类SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞对氧化损伤更敏感比未分化的同行。这是至少部分由于postmitotic神经元与减毒的误码率降低蛋白质含量long-patch误码率组件(由DNA复制共享),如襟翼endonuclease-1 (FEN1)、增殖细胞核抗原(PCNA)和DNA连接酶1 (Lig1)(图1)。
DNA修复的可塑性的证据/ DDR在细胞分化过程中,推断出这些在体外研究,加强了在活的有机体内研究动物模型中特定的DNA修复缺陷的影响/ DDR神经发育已经专门调查。神经发育过程中,神经祖细胞进行对称分裂扩大祖池的大小之前切换到部门的“不对称”模式在每一轮产生祖细胞和神经元“postmitotic”。新生神经元然后从增殖区迁移到不同的中枢神经系统的地区他们接受进一步分化,成为集成到功能网络。在早期发展阶段,DNA修复功能的形成中发挥着关键作用神经系统和特定的完整性需要修复途径以及发展项目(6]。这是与生殖系小鼠模型所示删除Xrcc2或DNA连接酶4 (Lig4),修复双边带的都是至关重要的,通过人力资源和NHEJ,分别。Xrcc2−−/时被E10.5胚胎大脑中显示大量的细胞凋亡发生神经祖细胞增殖,而没有凋亡细胞检测Lig4的大脑−−/胚胎直到E12.5神经祖细胞分化成神经元(14]。事实上在这些不同的阶段,细胞容易受到不同类型的DNA损伤。在扩散过程中,最常见的损伤是复制受到人力资源和NHEJ压力。人力资源需要姐妹染色单体的存在,因此这条没有退出细胞周期的神经元。在这个细胞类型,NHEJ成为通路负责双边带修复。
挑战的例子的影响破坏的类型及其对病理结果的后续处理是两个人类的综合症,共济失调毛细血管扩张(t),儿童神经退行性综合症(15),和ATR-Seckel综合症,呈现严重的神经发育缺陷(16]。这些症状包括全部或部分失活的激酶ATM和ATR,分别。这些激酶应对不同类型的损伤经常发生在神经发育:ATM双边带而ATR是激活RPA-coated单链DNA复制叉崩溃期间可能发生的损伤。他们缺乏功能会导致非常不同的临床结果:对于ATM的神经退化和hypomorphic ATR神经发育缺陷的突变。
DNA氧化损伤,包括单边带,将一种频繁遇到的损害noncycling细胞。选举的途径清除氧化DNA损伤是方方面面的。有针对性的DNA聚合酶的缺失(波尔),主要的误码率聚合酶,使新生儿杀伤力在老鼠17]。胚胎的组织学检查显示,新生成的大量细胞死亡postmitotic神经元细胞在发展中中枢和周围神经系统。
总之,DNA修复/ DDR在神经发生的塑性设置公差在不同层次不同类型的DNA损伤取决于细胞阶段。
3所示。在神经元ROS:来源和作用
活性氧和活性氮物种(RNS)生成细胞的新陈代谢和外生代理。Metabolism-generated ROS可能导致大约每每天基因组(10.000氧化损伤18]。神经元携带高负载的线粒体。近50年前,提供了第一个证据表明线粒体的呼吸链产生活性氧(19]。产生的电化学梯度呼吸链是用来合成ATP;然而,这些电子的一些不可避免的泄漏的途径导致的生产。这些激进的物种可以非常危险的生产过剩,但他们也是重要的氧化还原信号从其他细胞的细胞器。ROS生成控制确实是必要的优化功能的中枢神经系统通过微调redox-sensitive信号通路。大脑线粒体也可以吸收大量的过氧化氢时利用糖酵解作为能量来源(20.]。神经细胞损伤的条件下,线粒体是活性氧的主要来源在谷氨酸会(21]。线粒体活性氧积累会损害神经元和调节神经细胞凋亡和坏死。线粒体作为平台的激活过程中还存在细胞凋亡,参与Ca的失调2 +在坏死体内平衡。ROS的另一个重要来源受损神经元nonmitochondrial烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶类(NOX家庭)[22]。氮氧化物酶不仅局限于小胶质细胞也表达在神经元,星形胶质细胞和神经系统。现在有明确证据的作用在各种神经退行性疾病(23]。
ROS-induced DNA损伤几乎没有,如果有的话,沿着DNA链特异性。ROS-induced DNA损伤包括基础修改、脱氧核糖修改DNA交叉连接,步行不能的网站、单边带、双边带。单边带可以直接发生衰变的氧化糖(24)或间接在光通信基础伤害修复中间体。由于不正确的活动过程中也会产生单边带的DNA拓扑异构酶1 (Top1)的酶是共价连接的3′端打破(Top1乳沟复杂)(了25])。3′-和/或5′末端的单边带必须恢复到传统的3′羟基和5′磷酸根允许填缝和DNA结扎(图1)。有缺陷的单边带修复(SSBR)可以导致神经系统疾病(见下文)。虽然经常低于单边带,双边带也可以复制过去后出现未修理的单边带或当单边带遇到转录机械或出现在附近。如果不修理他们可能对发展产生巨大的影响。
4所示。数量/ SSBR的神经元细胞
数量/ SSBR是主要的DNA修复机制的去除氧化DNA碱基和氧化DNA断裂末端形成在高频神经细胞。系统通过五个步骤:(我)基地移除的特定DNA糖基化酶(DG);(2)由AP-endonuclease切口导致的步行不能的现场(APE1);(3)加工产生阻塞末端的差距;由DNA聚合酶(iv)填缝;和(v)再密封损坏的DNA链的DNA连接酶(26- - - - - -28)(图1)。一个简短的生化特性的酶参与以下这些步骤是特别强调他们的角色在神经发生的推断在体外和在活的有机体内研究。
4.1。DNA糖基化酶:DNA损伤识别和删除
方方面面的最具体的第一步是识别受损DNA碱基的DGs截然不同。十一DGs已确定在哺乳动物和他们认识到特定DNA基础同样模式的行动,也就是说,翻转基地的DNA螺旋变为一个活性部位的口袋里。29日]。单功能的DGs,比如uracil-DNA糖基化酶(UDGs)和胸腺嘧啶DNA糖基化酶(隔离),现在只有糖基化酶活性和催化基础病变切除N-glycosidic债券主要靠水解生成AP网站(29日]。双官能DGs的额外裂合酶美联社网站通过活动和过程或消去反应。它们包括氧化的DGs特定基地,如8-oxoGuanine (8-oxoG) DNA糖基化酶(OGG1)和核酸内切酶VIII-like蛋白质(27]。
UDGs单体的蛋白质,从DNA识别并切除尿嘧啶基地27]。哺乳动物细胞有五个不同的UDGs:核UNG2致力于修复合并尿嘧啶(U:一个碱基对)而UNG1 SMUG1,隔离,并可能MBD4所有有助于修复尿嘧啶在美国:G碱基对(胞嘧啶脱氨基作用形成的)(30.]。人类和老鼠有两个不同的)亚型,UNG1和UNG2本地化在线粒体和细胞核,分别为(31日]。UNG1在神经退化的作用是显示条件转基因小鼠的表型表达的变异版本UNG1,减少线粒体呼吸、细胞凋亡、神经衰弱,改变行为(32]。喂养动物folate-deficient饮食诱导CA3锥体神经元的变性)KO小鼠但不是野生动物(33]。此外,叶酸消耗增加核变异率)KO小鼠胚胎成纤维细胞(mef) [33)由于DNA的高水平的尿嘧啶(34)由于池不平衡和/或胞嘧啶脱氨基作用由于S-adenosylmethionine水平下降35]。损耗的UNG1培养大鼠海马神经元也足以引起DNA损伤,upregulation p53,和细胞凋亡36]。
四个不同的接头形式的OGG1存在于哺乳动物细胞,但只有其中两个参与修复8-oxoG: OGG1-1a核DNA和OGG1-2a线粒体DNA (37]。OGG1发起一个规范化的误码率收益APE1行动的途径,波尔和XRCC1 / Lig3修复受损的基础(38,39]。OGG1广泛表达,活跃在人类和啮齿动物的大脑40]。Ogg1 KO小鼠被用来在神经病理学研究DNA氧化损伤的作用。刘等人。41)报道,OGG1保护神经元细胞死亡和不确定贫困功能结果在缺血条件下小鼠。岁Ogg1 KO小鼠表现出自发的运动行为和减少纹状体多巴胺水平下降(42]。在复制过程中,绕过8-oxoG波尔决定不匹配的形成8-oxoG:这是被MUTYH传递的腺嘌呤与8-oxoG mispaired。随后,波尔λ重建正确8-oxoG: C组,从而使干预OGG1 [43]。核和线粒体亚型MUTYH存在于哺乳动物细胞(44]。分析单(Ogg1 KO Mutyh KO)或双(Ogg1 / Mutyh DKO)突变小鼠显示Ogg1 KO小鼠表现出严重的纹状体神经退化,而老鼠缺乏Mutyh或神经退化Ogg1和MUTHY都抵抗氧化应激条件下(45]。这些研究结果清楚地表明,8-oxoG积累在神经元和胶质细胞导致神经退化和表明缺乏MUTYH保护大脑免受氧化应激可能通过防止单边带积累。
的哺乳动物同源染色体大肠杆菌由Nei基因编码酶八世,称为Nei-like (NEIL) 1, Nei-like 2, Nei-like 3。NEIL1和NEIL2承认氧化嘧啶如胸腺嘧啶醇、5-hydroxycytosine, dihydrothymine, dihydrouracyl, 5-hydroxyuracyl [46]。NEIL1与复制的蛋白质相互作用,[优先参与replication-coordinated误码率28]。NEIL2似乎有至关重要的作用在氧化基地活跃基因的修复(transcription-coupled误码率,TC-BER)建议与RNA聚合酶II, TFIIH CSB, LIG3在体外和在活的有机体内(47,48]。确实Neil2 KO小鼠氧化DNA损伤积累主要在基因组的转录区域(48]。TC-BER已经修复的建议也8-oxoG [49],要求参与不仅OGG1和RNA聚合酶II还尼珥XPA等因素,CSB, UVSSA,指示需要严格控制氧化损伤的活性基因。NEIL3承认与货物oxidation-induced乙内酰脲病变(50]。从成人Neil3 KO小鼠神经干细胞/祖细胞在增殖和海马受损神经元突触的违规行为。此外,Neil3 KO小鼠学习和记忆的影响赤字,证明Neil3对维护成年神经发生(51,52]。
alkyladenine DNA糖基化酶(亚美大陆煤层气有限公司)介导alkylation-induced组织损伤和整个动物的杀伤力53]。在转基因小鼠overexpressing亚美大陆煤层气有限公司(Aag-Tg老鼠)、烷基化剂引起极端小脑毒性和戏剧性的运动功能受损。有趣的是,这些影响是阻止在KO小鼠亚美大陆煤层气有限公司(54,55]表明亚美大陆煤层气有限公司活动,在烷基化损伤的存在,决定了有毒的误码率中间体的积累,而损失的亚美大陆煤层气有限公司阻止他们的形成和促进细胞存活54]。
4.2。AP-Endonuclease 1:基本的处理网站
APE1是一种多功能蛋白,通过处理核心作用在误码率美联社网站和氧化还原活化转录调控的转录因子(56]。APE1劈开DNA糖磷酸骨架的位置立即5′美联社网站' DNA修复合成也可以正确氧化步行不能的网站(综述[57])。Ape1击倒在皮质神经元谷氨酸诱导氧化DNA损伤的积累后治疗,表明Ape1有关键作用的氧化DNA损伤修复神经元(58]。另一方面,过度的APE1在神经元的神经保护暴露于顺铂(59)或过氧化氢(60]。此外,APE1保护的DNA修复功能分化成神经细胞瘤细胞免受过氧化氢诱导细胞凋亡(61年]。APE1与CDK5交互,进而磷酸化APE1在232年用力推,从而减少其核酸内切酶活性,导致DNA损伤的积累在皮质神经元和神经元死亡治疗后神经毒素1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP +) (62年]。
除了APE1,单边带的处理3′和/或5′末端阻塞产生的ROS涉及端处理的因素,有助于完成修复(27]。人类综合症神经病理学变化与缺陷有关这些因素。它们的功能和作用将解决部分数量/ SSBR的作用在人类病理学(见下文)。
4.3。XRCC1:协调的关键球员/ SSBR的误码率
脚手架蛋白XRCC1协调整个系统的协调/ SSBR过程(26,63年]。XRCC1与几个酶参与数量/ SSBR如Lig3 [64年,APE1多核苷酸激酶、磷酸酶PNKP FEN1 [65年),和DNA糖基化酶OGG1 [66年]。此外,XRCC1与PCNA这种交互过程中扮演着重要的角色在DNA修复DNA复制(67年]。Xrcc1 KO小鼠在胚胎早期死亡,表明Xrcc1的一个重要的角色在发展68年]。小脑颗粒细胞Xrcc1杂合的老鼠和Xrcc1击倒在人类神经母细胞瘤细胞的积累单边带和减少生存后氧化应激(69年]。Neural-specific Xrcc1的失活小鼠诱导小脑中间神经元的损失,导致一个强大的神经病理学。此外,XRCC1的损失导致单边带的积累在整个神经系统和海马功能异常(70年]。
4.4。再合成和结扎的步骤
一旦受损的目的地在单边带恢复到传统的羟基配置、填缝和结扎将继续通过short-patch (SP)或long-patch (LP)系统,与不同的修复补丁:一个核苷酸SP-BER和两个或两个以上的核苷酸LP-BER [65年)(图1)。波尔参与的再合成一步SP-BER在LP-BER包含第一个核苷酸和波尔吗和波尔(71年,72年)可能参与伸长的一步。PCNA参与LP-BER,但PCNA-independent和波尔端依赖LP-BER也被报道(73年,74年]。在SP-BER dNMP插入后,deoxyribose-phosphate (dRP)被波尔的dRP-lyase活动(75年),维修完成后由Lig3结扎/ XRCC1复杂。在LP-BER dRP是流离失所和波尔/波尔聚合的DNA超过一个基地(71年,76年]。耐火材料的链置换产生摆动衬底结扎;这个结构被公认和切除FEN1 [77年,78年),其次是由DNA连接酶1 (Lig1)[结扎79年]。中断波尔之间的协调FEN1在皮瓣的处理结构导致CAG重复扩张,导致突变杭丁顿蛋白表达在亨廷顿氏舞蹈症(高清)80年,81年]。
误码率subpathway的选择取决于多种因素,如病变的类型和DNA糖基化酶参与其删除(38,72年,82年),蛋白质相互作用,细胞循环阶段(65年,83年),和/或分化状态(13,84年]。正如上面提到的,图片等。13]表明,分化人类神经母细胞瘤细胞对氧化损伤更敏感和现在的低水平的蛋白质参与LP-BER,如FEN1、PCNA、Lig1,因此主要依赖波尔端依赖BER内源性损伤的保护。最近,它已被证明,50%波尔减少老年痴呆症的小鼠模型加速突触和认知赤字由受损的自噬与神经退化85年]。
5。SSBR缺陷在神经系统疾病
PNKP DNA修复因子表现出两个5′DNA激酶和3′磷酸酶活动。其去除能力3′磷酸生成3′-哦末端,因此呈现DNA末端可及聚合酶双官能基切除后糖基化酶NEIL1或NEIL2 [27]。PNKP相互作用不仅与脚手架蛋白XRCC1 [86年,87年还有XRCC4,修复的因素参与NHEJ双边带(88年- - - - - -91年]。突变PNKP最近确认为头小畸型与癫痫发作的原因(MCSZ),一个综合征的特点是深刻的神经发育头小畸型和早发性癫痫发作92年- - - - - -94年]。PNKP失活在小鼠神经祖细胞诱导神经发育异常及产后死亡。在小鼠中,tamoxifen-inducible发起人用于灭活Pnkp神经发生在不同的神经箱内后,特定的神经的人群,包括少突胶质细胞,受到影响。这些发现表明,PNKP不仅对神经发生,还需要成熟的神经元细胞基因组的维护,包括数量和NHEJ [95年]。
Aprataxin (APTX)删除AMP的5′末端的DNA断裂造成流产DNA结扎事件(96年- - - - - -98年]。亏损APTX神经元细胞诱导缺陷SSBR [98年)和敏感基因毒性药物(99年]。影响患者丧失功能APTX共济失调与动眼神经的apraxia-1 (AOA1)与进步小脑性共济失调(One hundred.,101年]。
Tyrosyl-DNA磷酸二酯酶1 (TDP1)删除困拓扑异构酶肽从3′末端的DNA断裂造成流产的拓扑异构酶1活性[102年),也涉及他人的清洗3′修改目的地(103年,104年]。Tdp1 KO小鼠显示晚发型进步在小脑萎缩患者丧失Tdp1影响脊髓小脑的共济失调与轴突神经病变(SCAN1) [105年]。
6。误码率与年龄相关的神经退行性疾病
DNA修复缺陷也与年龄相关的神经退行性疾病(106年- - - - - -109年)如阿尔茨海默病(AD)和帕金森病(PD);然而,DNA损伤的具体贡献这些障碍的病因尚未确定。
帕金森病神经元氧化应激和基因组不稳定性(110年]。多巴胺能神经元黑质(SN)致密部PD的大脑有高水平的线粒体DNA缺失,可能与呼吸链相关的缺陷(111年]。此外,线粒体DNA糖基化酶的亚型的upregulation MUTYH和OGG1在SN的PD患者被发现112年,113年]。很大一部分的多巴胺神经元呈阳性磷酸化APE1 PD患者,而多巴胺神经元阳性的比例总APE1在PD患者和正常相似62年]。
高水平的DNA断裂在神经元从AD患者已报告110年]。此外,广告患者神经元积累氧化DNA碱基在核和线粒体DNA (110年]。王等人显示高水平的氧化DNA碱基8-oxoG核和线粒体DNA从轻度认知障碍(MCI)患者的大脑,正常老化和痴呆之间的阶段(114年]。这一发现表明,DNA碱基氧化是一个早期事件在AD病理和可能发挥作用在退化。外周白细胞的分析来自广告和MCI病人发现水平的提高ROS-induced DNA损伤(115年]。此外,治疗人类主要与氧化剂诱导成纤维细胞的基因表达模式从AD患者典型的成纤维细胞116年]。
基因表达的改变DNA修复基因已经被几个作者观察到的广告。减少OGG1活动已经从广告中描述的大脑患者比健康的人(117年]。低水平的UDG也存在于大脑从AD患者与健康对照组118年]。杂种狗同族体1 (MTH1),这是至关重要的,以避免氧化DNA碱基的结合在核DNA复制、表达下调在海马体从AD患者相比,控制119年]。此外,广告组织波尔的水平下降(120年]。黄等人表明APE1水平是相似的在广告和健康个体,但广告的大脑有更高水平的磷酸化APE1 [62年]。
系统函数的一个障碍被描述在零星的AD患者:UDG活动和波尔活动减少脑组织细胞提取物广告。误码率障碍也出现在MCI的大脑,它与疾病的严重程度相关118年]。进一步,影响和nonaffected大脑区域活动减少误码率,表明系统功能障碍是广告的一般特征的大脑可能发生在疾病的早期阶段,关键在广告的发展118年]。误码能力的研究线粒体提取物广告大脑表明5-hydroxyuracyl切口和DNA连接酶活性较低的广告的大脑121年]。最近的一项研究[122年)进行标记的DNA氧化损伤,DNA修复,和海马细胞周期从三组:(i) clinical-pathological广告,广告神经病理学和临床痴呆(CP-AD),(2)病理广告,有神经病理学没有临床痴呆(P-AD),和(3)正常老化。氧化DNA损伤在所有组高,但科目CP-AD呈现减少的DNA修复和细胞循环抑制标记和增加细胞循环发展和细胞死亡标记P-AD和正常人相比。所有的标记都没有差异P-AD患者和正常人之间的礼物。这些结果表明,认知能力下降可能与DNA修复损伤和细胞循环放松管制。
7所示。大脑区域选择性和神经脆弱的神经系统疾病
大脑是人体最复杂的器官和不同地区的特点是独特的和特定的功能。这个功能多样性的结果存在几种不同的细胞群。在大脑中DNA修复活动的调查显示微分活动模式相关的特定的DNA修复系统和大脑区域分析。一个额外的元素,不同的DNA修复系统操作在人类的大脑,是亚细胞间的行为。分析误码率在五个老鼠大脑区域(123年],即尾状核、额叶皮质、海马、小脑、脑干和显示的活动三个主要DGs, OGG1 UDG, NTH1更高在细胞核与线粒体,小脑核DG的地区有最高水平的活动。相比之下,线粒体糖基化酶的活动显示明显的大脑区域之间的差异,分析了体现一个通用下降与年龄有关。相反,核糖基化酶活动下降似乎仅限于小脑(123年]。mRNA表达模式分析NEIL1、NEIL2 OGG1,和NTH1糖基化酶证实系统酶的广泛分布在人类和啮齿动物的大脑区域,除了NEIL3的表达了几个细胞群,在产后发展的早期阶段40]。小脑是大脑的一个区域显示DG记录的最高水平。优惠活动/表达误码率小脑可能与这个大脑区域的脆弱性和敏感性神经退行性活动中观察到不同的人类神经退行性/ SSBR缺陷综合症与误码率。例如,AOA1和SCAN1具有明显小脑萎缩导致渐进性共济失调。在AOA1 Aptx,基因突变,广泛表达于神经系统和小脑中发现,基底神经节,大脑皮层和脊髓One hundred.,101年]。对于许多神经系统方面,AOA1像t但缺乏典型extraneurological特性,比如免疫缺陷和癌症易感性(124年]。显示在两个解剖情况下,明显萎缩AOA1患者小脑浦肯野细胞是由严重的损失(125年,126年]。变性后的列,脊髓小脑的大片,脊髓前角细胞也观察到(125年]。除了小脑性共济失调,其他知名AOA1病人轴突感觉运动神经病变的临床表型,认知缺陷、舞蹈病。aprataxin在尾状核的存在One hundred.),在活的有机体内检测尾状核灌注不足(127年,减少AOA1大脑的多巴胺转运体密度在尾状核和壳核(128年)暗示,基底神经节aprataxin突变可能影响大脑的功能区域,从而导致舞蹈手足徐动症。然而,应该注意的是,形态改变AOA1基底神经节尚未观察到的病人。AOA1患者认知障碍也被发现是一致的,可能破坏frontocerebellar通路(127年]。
SCAN1 AOA1相比后发病。在人类的大脑,Tdp1 SCAN1的基因突变,是高度表达在不同地区包括小脑浦肯野细胞(颗粒和齿状核、脊髓和背根神经节(129年),类似于老鼠的大脑。虽然没有公布尸检研究SCAN1病人,大脑的表达谱TDP1 nondiseased大脑一起进步共济失调和轴突的感觉运动神经病变的典型SCAN1个人符合TDP1表达的参与地区SCAN1的发病机理。值得注意的是SCAN1患者认知缺陷不明显比AOA1个人(102年]。
另一个基因在核和线粒体数量和Pnkp与小脑功能障碍有关。最近,发现严重的小脑萎缩(93年)在两个荷兰兄弟姐妹受到的纯合子突变MSCZ Pnkp和11个人的九个葡萄牙家庭受到早发性隐性AOA [130年)证实了小脑的最脆弱的大脑区域在DNA修复综合症。旁边AOA1病人报告,共济失调,认知障碍也观察到(93年,130年在几个人,甚至导致严重痴呆在某些情况下(130年]。尽管PNKP已被确定在正常和病理人类小脑(131年),详细分析PNKP表达水平和/或活动的人类大脑还没有可用的。
新兴的分析清楚这些疾病是小脑似乎是最高的大脑区域脆弱性缺陷数量/ SSBR的活动。光通信核心蛋白的高表达/活动水平(OGG1, UDG, NTH1、NEIL1 NEIL2)和端处理DNA修复等因素APTX和TDP1小脑可能暗示这个大脑区域的高敏感性的DNA损伤,尤其是氧化DNA损害。一致,表明小脑颗粒神经元和CA1神经细胞特别容易受到氧化应激刺激相比其他神经元,如皮质神经元和CA3 [132年,133年]。这个特性与小脑颗粒细胞的显著损失在岁个人134年,135年),糖基化酶活动的减少误码率专门检测在小脑老化(123年]。重要的是,数据来源于转录组分析小脑颗粒和皮质神经元显示相关的一些基因的DNA损伤反应和修复(如Hmgb2和Pold1)明显更活跃在小脑神经元(136年]。一个平行的结果是获得在CA1神经细胞相比CA3神经元136年]。发现,在基础条件下,小脑颗粒神经元ATP水平较低25%对皮层神经元的选择性漏洞也可能占小脑氧化应激,条件要求高能源需求应对DNA损伤。
所述SCAN1和AOA1临床表型特征与年龄相关的神经退行性疾病相关的特定脑区神经元和人口目标,尽管重要的因果关系问题仍有待解决140年]。在广告中,早期记忆缺陷是由于选择性内嗅皮层锥体神经元的变性,菌丝层、海马CA1和积累淀粉样蛋白在额叶、颞叶和顶叶皮层。特别是,胆碱能神经元是受影响最严重的神经类型(141年]。在PD,多巴胺神经元的SN目标(142年)及其变性占帕金森病的主要临床表现。另一个神经元类型具体有针对性的gaba ergic神经元在神经退行性疾病,其损失特征两个脊髓小脑的ataxia-1 (SCA1)和亨廷顿氏病(HD),受到多麸醯胺酸两种疾病。值得注意的是SCA1的细胞群的影响是由巨大的小脑浦肯野细胞(143年),而多刺的纹状体神经元的退化在高清144年]。有趣的是,表达的基因导致SCA1和高清小脑和纹状体;然而,这两个地区的原因在两种疾病并不影响尚不清楚。
虽然没有证据表明一个地区——和特异性神经元DNA损伤反应在神经退行性疾病,人们很容易推测神经元中选择性地影响这些疾病都可以选择性地容易受到特定DNA损伤诱导物(例如,ROS)和/或减少响应DNA修复。
为了解决这个问题,我们比较了不同类型的神经元的氧化DNA损伤反应来源于小鼠皮层,小脑、海马。
所有三种类型的神经元表现出显著的H2O2剂量的减少(图生存2)。从小脑神经元(LC似乎更敏感50= 29.8μ米)相比,氧化应激从大脑皮层和海马区域(LC神经元50= 41.5和55.2μ米,职责)。DDR被监控的效率的形成和修复γH2AX疫源地。foci-positive核的数量后立即治疗低从小脑皮质神经元与神经元,海马,建议少有效的DDR皮层(图3(一个)(左)。在治疗后的修理时间的百分比γH2AX foci-positive细胞拒绝所有三种类型的神经元具有相同率(图3(一个),右)和24小时后处理修复几乎完成所有的神经细胞类型。特定的ATM激酶抑制剂的存在KU55933完全废除的外观γH2AX焦点(图3 (b)),表明这个激酶被激活后H2O2全身的DNA损伤神经元的三个大脑区域分析。一个ATM-dependent DDR H后也被描述2O2治疗postmitotic肌管(145年)加强的重要性这个信号激酶的DNA断裂(146年]。最后,当关键系统酶的蛋白质含量,如APE1 XRCC1,波尔、Lig3 FEN1,测量(图4),没有发现显著差异通过比较神经元来自三个不同的大脑区域。一个显著的例外是FEN1在小脑和大脑皮层的神经元与海马神经元。它已经表明,DNA复制/修复蛋白质的表达水平,包括FEN1,预测区域体细胞在大脑中重复不稳定(147年]。我们确认FEN1在小脑的表达升高,从而支持假设在这个大脑区域可能占减少体细胞不稳定与其他地区相比(例如,纹状体)81年]。因此,我们的数据支持的假设大脑区域差异数量/ SSBR活动和/或DDR效率可能导致大脑区域选择性和神经脆弱的神经系统疾病。
(一)
(b)
8。结论
有新兴的证据的一个重要的角色数量/ SSBR基因组稳定神经系统的控制。实际上,几乎所有的关键球员的故障路径与神经系统改变有关。这一发现证实了神经细胞需要保护,免受氧化损伤,主要是修复的误码率。氧化损伤产生高水平的大脑由于高水平的组织耗氧量。单边带所产生的误码率是主要威胁成熟大脑如图所示的神经缺陷SSBR的后果。有证据表明,神经元控制DNA损伤的机制可能取决于大脑区域。
在SSBR-associated神经综合症,特定的大脑区域受到影响,小脑是最脆弱的。相比之下,需要进一步的研究来确定不同的DNA损伤反应构成的大脑区域选择性观察神经退行性疾病。
更好的理解DNA修复/ DDR机制在神经系统可能开辟新的途径的设计创新疗法。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
劳拉·纳西索,爱Parlanti,毛罗·Racaniello贡献同样这项工作。