Reparación del ADN y la EH

El estrés oxidativo provoca una expansión repeticiones de CAG. Nuevas investigaciones demuestran que las repeticiones de CAG pueden continuar expandiéndose en las células cerebrales como resultado de una enzima reparadora del ADN

El estrés oxidativo provoca una expansión repeticiones de CAG. Nuevas investigaciones demuestran que las repeticiones de CAG pueden continuar expandiéndose en las células cerebrales como resultado de una enzima reparadora del ADN

Este fascinante estudio explica el mosaicismo. El número de repeticiones de CAG en las células no se mantiene necesariamente constante en el tiempo sino que puede expandirse, sobre todo en el cerebro.  Para una discusión de éste fenómeno, haz click aquí: http://hdlighthouse.org/research/general/updates/0079mossaicism.php

 

La dra. McMurray y colegas identificaron cómo funciona esto. Encontraron que una enzima reparadora del ADN continuó la expansión de la repetición de CAG. En la medida en que envejecemos, nuestras células cerebrales experimentan mayor daño oxidativo, e incluso el ADN se daña.

La energía para los procesos celulares se produce en la mitocondria.  Durante el proceso, se producen radicales libres. Estos son una molécula de oxígeno con sólo un electrón, no dos unidos como en el caso de la forma normal del oxígeno. Esto significa que puede ir en búsqueda de otras moléculas con las cuales unirse. Normalmente, esto no representa un problema porque los antioxidantes próximos se unirán con los radicales libres, volviéndolos inocuos. Cuando hay demasiados radicales libres y no hay suficientes antioxidantes, pueden provocar mucho daño. Este proceso se llama estrés oxidativo.

En la medida en que envejecemos, nuestro metabolismo de la energía se vuelve menos eficiente; los radicales libres pueden destruir compuestos celulares y dañar proteínas, lípidos y ADN y llevar a la muerte celular – especialmente en el cerebro, el que genera más productos oxidativos que cualquier otro órgano del cuerpo.

Cuando un filamento de ADN se rompe, una enzima llamada 7,8-dihydro-8-oxoguanine-DNA glycosylase (OGG1 ) lo repara. Sin embargo, cuando el gen de la EH está implicado, más y más secciones de repeticiones de CAG continúan agregándose, lo que lleva a una mayor toxicidad y a la muerte celular. Los investigadores hallaron que cuando OGG1 fue eliminada, esta expansión no ocurrió o fue reducida considerablemente. Esto sugiere que un compuesto que bloquee la OGG1 podría ser un tratamiento, aunque no una cura.

El mensaje para llevarse a casa para aquellos en riesgo y con el gen de la EH, es que deben alimentarse con una dieta rica en antioxidantes.

Marsha L. Miller, Ph.D.

Cynthia McMurray, Ph.D.

La OGG1 inicia expansión dependiente de la edad del trinucleótido CAG en células somáticas

Irina V. Kovtun, Yuan Liu, Magnar Bjoras, Arne Klungland, Samuel H. Wilson & Cynthia T. McMurray

The Abstact

Although oxidative damage has long been associated with ageing and neurological disease, mechanistic connections of oxidation to these phenotypes have remained elusive. Here we show that the age-dependent somatic mutation associated with Huntington's disease occurs in the process of removing oxidized base lesions, and is remarkably dependent on a single base excision repair enzyme, 7,8-dihydro-8-oxoguanine-DNA glycosylase (OGG1). Both in vivo and in vitro results support a 'toxic oxidation' model in which OGG1 initiates an escalating oxidation–excision cycle that leads to progressive age-dependent expansion. Age-dependent CAG expansion provides a direct molecular link between oxidative damage and toxicity in post-mitotic neurons through a DNA damage response, and error-prone repair of single-strand breaks.

The Press Release

Mayo Clinic discovers DNA repair as key to Huntington's disease

Poor gene repair may point to cause of incurable disease

ROCHESTER, Minn. -- Mayo Clinic researchers, along with collaborators from the National Institutes of Health (NIH) and University of Oslo, Norway, have discovered that a miscue of the body’s genetic repair system may cause Huntington’s disease, a fatal condition that affects 30,000 Americans annually by destroying their nervous system. Until now, no one knew how Huntington’s begins, only that it is incurable. The findings appear in the online issue of the journal Nature.

"We showed that when single-strand breaks in DNA caused by oxidative lesions were repaired, the Huntington’s gene continued to add extra replacement segments," explains Cynthia McMurray, Ph.D., a Mayo Clinic molecular biologist who led the study team. "Over time, this expansion -- especially in nerve cells -- becomes toxic."

The finding is significant because so little is known about Huntington’s. According to Dr. McMurray, the finding is the first confirmed connection between the DNA repair and progression of the disease. Leaders at the NIH, which sponsored the study, are optimistic the findings will lead to advances.

"As so often happens, basic research on a fundamental biological process -- in this case, enzymes involved in DNA repair -- leads to new insights about how diseases arise and new approaches for treating or preventing them," said NIH Director Elias Zerhouni, M.D.

In their study of transgenic mice that carried the human Huntington’s gene, the researchers noted that the repeated tracts of replacement repair segments seem stable until the animals reach about 4 months of age. After that point -- which represents middle age for a mouse -- the segments expand and continue to do so as the animals age. Researchers also showed that the expansion of the tracts -- an inherited characteristic -- also caused toxicity in cells that cannot expand, such as nerve cells. The result is that cell death acceleration is directly proportional to the additional repeated lengths.

In a further step, the team eliminated a key enzyme (OGG1) related to DNA repair for oxidative lesions and found that it stopped or greatly reduced segment growth. This may position OGG1 as a target candidate for interventional therapies to disrupt the onset of the disease.

Others on the research team included primary researcher Irina Kovtun, Ph.D., Mayo Clinic; Yuan Liu, Ph.D., and Samuel H. Wilson, M.D., National Institute of Environmental Health Sciences; and Magnar Bjoras, M.Sc., and Arne Klungland, Ph.D., University of Oslo, Norway.

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Nature 007 Apr 22; [Epub ahead of print]