세포성 DNA 조각화

Apoptotic DNA fragmentation
White DNA bands against a dark grey background, resembling the rungs of a ladder
DNA 래더링 검사(왼쪽)에 의해 시각화된 세포성 DNA 조각화.비교를 위해 1kbmarker(중간)와 대조 DNA(오른쪽)가 포함되어 있다.

세포사멸의 한 종류인 세포사멸의 주요 특징인 세포사멸의 세포분열이다.세포사멸은 내생성 내핵종, 특히 CASPase-3 활성 DNase(CAD)[1]가 활성화되고, 이후 핵 DNA가 약 180 염기쌍(bp)의 내부 핵분열로 분해되며, 그 배(360, 540 등)의 배수가 된다.세포핵분열 DNA 조각화는 세포사멸의 표식자로 사용되며,[3][4] DNA 래더링 검사,[2] TUNEL 검사를 통해 또는 니코레티 검사에서와 같이 DNA 함량 히스토그램에서 부분 DNA 함량이 있는 세포("sub1 G cell")를 검출하여 세포의 식별을 위해 사용되고 있다.[5][6]

메커니즘

세포외 DNA 조각화를 담당하는 효소는 Caspase-Activated DNase (CAD)이다. CAD는 보통 다른 단백질인 Caspase-Activated DNase (ICAD)의 억제제로 억제된다.세포사멸 중, 세포사멸 이펙터 캐스파아제, 카스파아제-3는 ICAD를 분해하여 CAD가 활성화되도록 한다.[7]

A DNA double strand wrapped around a core of histone proteins
뉴클레오솜, 히스토넷트레이머(색깔)를 감싸고 있는 DNA(회색)로 구성된다.세포외 DNA 조각화에서 DNA는 히스톤을 감싸지 않은 DNA의 일부인 내부 핵연쇄기 영역에서 분해된다.

CAD는 염색체에서 발생하는 단백질 함유 구조인 뉴클레오솜 사이의 핵 세포 내 연결 부위에서 DNA를 약 180-bp 간격으로 분리한다.이는 DNA가 보통 핵소체의 핵심 단백질인 히스톤을 중심으로 촘촘히 감싸져 있기 때문이다.링커 사이트는 DNA 가닥 중 유일하게 노출되어 CAD가 접근할 수 있는 부분이다.

핵 DNA를 핵단위로 분해하는 것은 세포사멸의 특징 중 하나이다.그것은 매우 다양한 종류의 세포에서 다양한 세포 자극에 반응하여 발생한다.이 프로세스의 분자 특성화는 염색체 DNA를 카스파제 의존적인 방식으로 분할하는 특정 DNase(CAD, Caspase-activated DNase)를 식별했다.CAD는 CAD의 특정 보호자 역할을 하는 ICAD(CAD의 보호자)의 도움으로 합성되며 증식세포에서 ICAD와 복합적으로 발견된다.셀이 사멸하도록 유도된 경우, Caspase 3는 ICAD를 분할하여 CAD를 분리한다.ICAD 복합체, CAD가 염색체 DNA를 분리할 수 있도록 한다.ICAD가 없거나 카스파제 내성 돌연변이 ICAD를 표현하는 세포는 세포사멸과 사망의 다른 특징을 보이기는 하지만 세포사멸 중 DNA 조각화를 보여주지 않는다.

비록 세포사멸의 분석에 많은 연구가 행해졌지만, 세포 표면과 핵에서 형태학적 특징의 타이밍을 같은 세포에서 DNA의 생화학적 분해와 연결시킬 수 있는 정보는 거의 없다.세포 형태에 따라 무수히 다른 메커니즘에 의해 세포사멸이 시작될 수 있으며, 이러한 사건의 운동학은 세포계에 따라 단 몇 분에서 며칠에 이르기까지 매우 다양하다.DNA 조각화를 포함한 특정 세포 사멸 사건의 유무는 세포 사멸의 운동 과정을 조사하고 있는 "시간 창"에 따라 달라진다.세포 모집단을 단일 시점(예: 세포사멸 유도 후)에서만 분석하는 경우 이는 세포사멸의 식별을 복잡하게 할 수 있다.

역사적 배경

Ca/Mg 의존성 엔도누클리스타에 의해 생성되는 정기적인 반복적인 올리고뉴클레오솜 조각에 대한 게놈 DNA의 내부 분열의 발견은 세포사멸(프로그래밍된 세포사멸)의 가장 대표적인 생화학 표지의 하나로 받아들여진다.

1970년에윌리엄슨은 배양 후 생쥐 간세포에서 격리된 세포질 DNA가 135kDa의 배수로 구성된 분자중량의 DNA 파편에 의해 특징지어졌다고 설명했다.이 발견은 이 DNA 조각들이 핵 DNA의 특정한 분해 산물이라는 가설과 일치했다.[8]1972년 커, 윌리, 커리는 세포사멸이라는 용어를 만들어 형태학적 특징을 바탕으로 괴사와 이런 유형의 세포사멸을 구분했다.[9]1973년 휴이시와 부르고뉴는 아염색체 구조를 연구하던 중, Ca++/Mg++ 엔도누클리스에 염색질이 접근할 수 있다는 것을 발견하였고, 그 결과 윌리엄슨(1970년)이 이전에 설명한 것과 유사한 일련의 분자량을 갖는 정기적인 계열의 소화물이 형성되었다.[10]1974년 윌리엄스, 리틀리, 시플리는 매우 다른 유형의 외상에 노출된 세포를 사용하여 "모든 케이스는 10(x6)에서 10(x7) 사이의 모달 값을 가지며, DNA의 저하를 생성하기 위해 세포 대사가 필요하다"는 사실을 발견했다.그러나, 이러한 관찰은 "DNA 분자에 대한 절개 공격이 무작위적인 것인지 아니면 오히려 특정 부위에서 구조적 또는 기능적 의미를 갖는 것인지"에 대한 징후가 없었다.[11]1976년에 Scalka, Matyasova, Cejkova는 조사된 림프성 크로마틴 DNA의 체내 분열에 대해 기술했다.[12]

1972년부터 1978/1980년까지 6년이 경과하여 세포사멸 중 DNA의 내부핵 분열의 발견과 평가가 세포사멸의 특징으로 나타났다.1972년(케르, 윌리, 큐리[9]) 이후, 글루코르티코르티코이드 유도 림프구 사망은 사멸의 한 형태라는 것이 인정되고 있다.1978년 자카리안과 포고시안은 쥐 림프조직, 흉선, 비장의 글루코르티코이드 유도 DNA 저하 현상이 특정 패턴에서 발생하여 염색질을 마이크로ccoccal nuclease로 처리한 후 관찰된 것과 전기적으로 유사한 DNA 파편이 발생하였음을 밝히는 논문을 발표하였는데, 이는 핵종 내성을 나타낸다.세포사멸 중 DNA 파괴의 갈라진 패턴이 발생했다.[13][14]따라서, 프로그래밍된 세포사멸/사멸과 염색질 DNA의 핵내 단편화 사이의 첫 번째 연관성이 발견되었고 곧 세포사멸의 특정한 특징으로서 되었다.

1980년에 Wyllie는 세포사멸을 겪고 있는 글루코코르티코이드 처리된 흉선세포의 특정한 특징으로 핵내 DNA 갈라짐 패턴에 대한 추가 증거를 보고했다.[2]세포내 DNA 분열 패턴은 1978/1980년 세포사멸의 특정 특징으로 관찰되었고 그 이후로 프로그램된 세포사멸의 특징으로 인식되었다.1992년 고르치카 외 연구진 및 가브리엘리 외 연구진은 [4]세포사멸을 검출하고 식별하는 표준 방법 중 하나가 된 단자 디옥시뉴클레오티딜전달효소(TUNEL)의 사용에 기초한 DNA 조각화 분석법을 독립적으로 기술했다.

탐지 검사

유동 세포측정학은 세포핵 분열의 DNA 조각화를 검출하는 데 가장 많이 사용된다.플로우 세포측정법에 의한 DNA 함량의 분석은 분열된 DNA를 가진 세포로서 종종 서브1 G 세포라고 불리는 부분 DNA 함량을 가진 세포로서 세포핵 세포들을 식별할 수 있다.플루오로크롬 아세리딘 오렌지를 활용한 유량계측정은 개별 세포 내의 DNA 조각화가 염색질 구조의 초핵 및 핵물질 수준에 의해 DNase에 대한 DNA 접근성 제한의 다른 수준을 반영하여 불연속적일 가능성이 있음을 보여준다.[15]세포 사멸성 "sub-Gcells1"의 존재는 에탄올에 미리 고정된 세포에서도 감지될 수 있지만 포름알데히드와 같은 교차 링크 고정제에서는 고정되지 않는다.후기 S와 G2 세포는 부분 DNA 함량이 비 세포 G1 세포의 것과 중복될 수 있기 때문에 이 접근법으로 검출되지 않을 수 있다.[16]세제를 사용한 세포의 치료는 DNA 형광색소 이전 또는 동시에 니코레티 외 연구진에서 정의한 바와 같이 하위1 G 세포나 세포 조각의 존재에 의한 DNA 조각화를 드러내기도 한다.[5]

또한 TUNEL 검사에 의해 세포성 DNA 조각화가 검출될 수 있다.유량 시토메트리에 적용할 수 있는 형광색소 기반 TUNEL 측정은 DNA 가닥의 검출과 세포 DNA 함량 및 따라서 세포 주기 위상 위치와의 상관관계를 나타낸다.아비딘-과산화효소 라벨 TUNEL 어세이(TUNEL assay)는 광 흡수 현미경 검사에 적용할 수 있다.많은 TUNEL 관련 키트가 상업적으로 판매되고 있다.또한 사다리꼴 DNA 조각화는 아가로오스겔 전기영동체를 사용하여 약 180-BP 간격으로 "사다리" 패턴을 입증하기 위해 분석된다.[1]반면에 괴사는 보통 아가로스겔에 "미소"를 형성하는 임의의 DNA 조각으로 특징지어진다.

참고 항목

참조

  1. ^ Sakahira, H; Enari, M; Nagata, S (January 1998). "Cleavage of CAD inhibitor in CAD activation and DNA degradation during apoptosis". Nature. 391: 96–9. doi:10.1038/34214. PMID 9422513.
  2. ^ a b Wyllie AH (1980-04-10). "Glucocorticoid-induced thymocyte apoptosis is associated with endogenous endonuclease activation". Nature. 284 (5756): 555–556. doi:10.1038/284555a0. ISSN 0028-0836. PMID 6245367.
  3. ^ Gorczyca, W; Bruno, S; Darzynkiewicz, R; Gong, J; Darzynkiewicz, Z (Nov 1992). "DNA strand breaks occurring during apoptosis - their early insitu detection by the terminal deoxynucleotidyl transferase and nick translation assays and prevention by serine protease inhibitors". Int J Oncol. 1 (6): 639–48. PMID 21584593.
  4. ^ Gavrieli, Y.; Sherman, Y.; Ben-Sasson, S. A. (1992). "Identification of programmed cell death in situ via specific labeling of nuclear DNA fragmentation". The Journal of Cell Biology. 119 (3): 493–501. doi:10.1083/jcb.119.3.493. PMC 2289665. PMID 1400587.
  5. ^ Nicoletti I, Migliorati G, Pagliacci MC, Grignani F, Riccardi C (3 June 1991). "A rapid and simple method for measuring thymocyte apoptosis by propidium iodide staining and flow cytometry". Journal of Immunological Methods. 139 (2): 271–279. doi:10.1016/0022-1759(91)90198-O. PMID 1710634.
  6. ^ Riccardi C, Nicoletti I (9 November 2006). "Analysis of apoptosis by propidium iodide staining and flow cytometry". Nature Protocols. 1 (3): 1458–1461. doi:10.1038/nprot.2006.238. PMID 17406435.
  7. ^ Nagata, S.; Enari, M.; Sakahira, H.; Yokoyama, H.; Okawa, K.; Iwamatsu, A. (1998). "A caspase-activated DNase that degrades DNA during apoptosis, and its inhibitor ICAD". Nature. 391 (6662): 43–50. doi:10.1038/34112. PMID 9422506.
  8. ^ Williamson, Robert (1970-07-14). "Properties of Rapidly Labeled Deoxyribonucleic Acid Fragments Isolated from the Cytoplasm of Primary Cultures of Embryonic Mouse Liver Cells". Journal of Molecular Biology. 51 (1): 157–168. doi:10.1016/0022-2836(70)90277-9. ISSN 0022-2836. PMID 5481278.
  9. ^ a b Kerr, John F. R.; Wyllie, Andrew; Currie, Alastair (August 1972). "Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon with Wide-ranging Implications in Tissue Kinetics". British Journal of Cancer. 26 (4): 239–257. doi:10.1038/bjc.1972.33. ISSN 0007-0920. PMC 2008650. PMID 4561027.
  10. ^ Burgoyne, Leigh A.; Burgoyne, Leigh A. (1973-05-15). "Chromatin sub-structure. The digestion of chromatin DNA at regularly spaced sites by a nuclear deoxyribonuclease". Biochemical and Biophysical Research Communications. 52 (2): 504–510. doi:10.1016/0006-291X(73)90740-7. ISSN 0006-291X. PMID 4711166.
  11. ^ Williams, Jerry R.; Little, John B.; Shipley, William U. (1974-12-20). "Association of mammalian cell death with a specific endonucleolytic degradation of DNA". Nature. 252 (5485): 754–755. doi:10.1038/252754a0. ISSN 0028-0836. PMID 4474604.
  12. ^ Ceskova, M.; Matyásová, J; Cejková, M (1976-12-31). "DNA in chromatin of irradiated lymphoid tissues degrades in vivo into regular fragments". FEBS Letters. 72 (2): 271–274. doi:10.1016/0014-5793(76)80984-2. ISSN 0014-5793. PMID 16386038.
  13. ^ Zakharyan, R. A.; Pogosyan, R. G. (1978). "Glucocorticoid induction of the degradation of lymphocyte chromatin DNA into regularly repeating fragments in vivo". Doklady Akademii Nauk Armyanskoi SSR. 67 (2): 110–114. ISSN 0366-8606. CODEN: DANAW, CAN 90:115643 A 1979:115643 CAPLUS (권한 2003 ACS)
  14. ^ 화학적 추상화 v.90,1979;90:115643n 페이지.112.
  15. ^ Kajstura, M; Halicka, HD; Pryjma, J; Darzynkiewicz, Z (2007). "Discontinuous fragmentation of nuclear DNA during apoptosis revealed by discrete "sub-G1" peaks on DNA content histograms". Cytometry A. 71: 125–31. doi:10.1002/cyto.a.20357. PMID 17252584.
  16. ^ Wlodkowic, D; Telford, W; Skommer, J; Darzynkiewicz, Z (2011). "Apoptosis and beyond: Cytometry in studies of programmed cell death". Methods Cell Biol. 103: 55–98. doi:10.1016/B978-0-12-385493-3.00004-8. PMC 3263828. PMID 21722800.

추가 읽기

  • Corcoran, G.; Fix, L.; Jones, D. P.; Moslen, M. T.; Nicotera, P.; Oberhammer, F. A.; Buttyan, R. (1994). "Apoptosis: Molecular Control Point in Toxicity". Toxicology and Applied Pharmacology. 128 (2): 169–181. doi:10.1006/taap.1994.1195. PMID 7940532.
  • Walker, P. R.; Pandey, S.; Sikorska, M. (1995). "Degradation of chromatin in apoptotic cells". Cell Death & Differentiation. 2 (2): 97–104. PMID 17180071.
  • Walker, P. R.; Sikorska, M. (1994). "Endonuclease activities, chromatin structure, and DNA degradation in apoptosis". Biochemistry and Cell Biology. 72 (11–12): 615–623. doi:10.1139/o94-081. PMID 7654335.
  • Pandey, S.; Walker, P. R.; Sikorska, M. (1994). "Separate pools of endonuclease activity are responsible for internucleosomal and high molecular mass DNA fragmentation during apoptosis". Biochemistry and Cell Biology. 72 (11–12): 625–629. doi:10.1139/o94-082. PMID 7654336.
  • Muñoz, E.; Marcos, A.; Unzaga, M. T. (1981). "Effect of protein deficiency on the lysosomal enzyme activities of the spleen and thymus of weanling rats". The Journal of Nutrition. 111 (12): 2133–2141. doi:10.1093/jn/111.12.2133. PMID 7310538.
  • Varela P, Marcos A, Rey de Viñas JL (1985). "Effect of cortisol treatment in pregnant rats, on cellular growth of progeny". IRCS Medical Science. 13: 412–413.