Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 55126 10.29039/rusjbpc.2022.0548 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ OXIDATIVE MODIFICATION OF PLASMID DNA PROMOTES THEIR PENETRATION INTO THE CYTOPLASMA OF HUMAN MESENCHYMAL STEM CELLS ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ДНК ПЛАЗМИД СПОСОБСТВУЕТ ИХ ПРОНИКНОВЕНИЮ В ЦИТОПЛАЗМУ МЕЗЕНХИМНЫХ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК ЧЕЛОВЕКА Конькова М. С. Konkova M. S. mkonkova@med-gen.ru Ершова Е. С. Ershova E. S. Вейко Н. Н. Veiko N. N. Кальянов А. А. Kal'yanov A. A. Малиновская Е. М. Malinovskaya E. M. m.elena.0402@gmail.com Каменева Л. В. Kameneva L. V. Вейко В. П. Veiko V. P. vladveiko@yahoo.com Костюк С. В. Kostyuk S. V. svet-vk@yandex.ru Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии Москва Россия Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН Москва Россия A.N. Bach Institute of Biochemistry of the RAS Moscow Russian Federation Медико-генетический научный центр им. академика Н.П. Бочкова Москва Россия Research Centre for Medical Genetics Moscow Russian Federation Федеральный научно-клинический центр реаниматологии и реабилитологии Москва Россия Federal Scientific and Clinical Center of Medical Rehabilitation and Balneology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia Moscow Russian Federation 28 09 2022 28 09 2022 7 3 481 485 20 09 2022 20 09 2022 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/55126/view

Хорошо известно, что действие ионизирующей радиации вызывает окислительный стресс в клетках организма и приводит к синтезу активных форм кислорода, которые приводят к множественным поражениям клеточной ДНК, в числе которых - образование окисленных оснований. В данной работе рассматривается влияние радиационно-индуцированной окислительной модификации ДНК плазмид на их проникновение в мезенхимные стволовые клетки человека. Для исследования роли окислительной модификации ДНК в проникновении в клетки была создана генетическая конструкция на основе вектора pEGFP-C1 (рС1), GenBankAccession: U55763, содержащая в качестве вставки искусственно синтезированный фрагмент ДНК, имеющий в своем составе поли-G участок (p12G), служащий мишенью для эффективного окисления клонированного фрагмента ДНК. В качестве «маркера» в составе выбранного вектора содержится ген флуоресцирующего белка EGFP (GFP). Методами проточной цитофлуориметрии и флуоресцентной микроскопии было показано, что рекомбинантные конструкции на основе вектора pEGFP, содержащие дублированные участки поли-G и повторы Gn намного эффективнее проникают в клетки, чем исходный вектор pEGFP. Воздействие радиации в дозе 50 сГр, вызывающее повышение уровня 8-oxodG в плазмидах после облучения, приводит к более интенсивному проникновению окисленных плазмид по сравнению с аналогичным экспериментом без облучения.

It is well known that the action of ionizing radiation causes oxidative stress in the cells of the body and leads to the synthesis of reactive oxygen species, which lead to multiple damage to cellular DNA, including the formation of oxidized bases. In this paper, we consider the effect of radiation-induced oxidative modification of plasmid DNA on their penetration into human mesenchymal stem cells. To study the role of oxidative DNA modification in cell penetration, a genetic construct was created based on the pEGFP-C1 (pC1) vector, GenBankAccession: U55763, containing as an insert an artificially synthesized DNA fragment containing a poly-G region (p12G) serving as target for efficient oxidation of the cloned DNA fragment. As a "marker", the selected vector contains the EGFP fluorescent protein (GFP) gene. Flow cytometry and fluorescence microscopy showed that recombinant constructs based on the pEGFP vector containing duplicated poly-G regions and Gn repeats penetrate cells much more efficiently than the original pEGFP vector. Exposure to radiation at a dose of 50 cGy, which causes an increase in the level of 8-oxodG in plasmids after irradiation, leads to a more intense penetration of oxidized plasmids compared to a similar experiment without irradiation.

 мезенхимные стволовые клетки человека ионизирующее излучение рекомбинантные конструкции окисленная ДНК 8-oxodG окислительный стресс human mesenchymal stem cells ionizing radiation recombinant constructs oxidized DNA 8-oxodG oxidative stress

Leach, J.K., Van Tuyle G., Lin P.S., Schmidt-Ullrich R., Mikkelsen R.B. Ionizing radiation-induced, mitochondria-dependent generation of reactive oxygen/nitrogen. Cancer Research, 2001, vol. 61, no. 10, pp. 3894-3901. Leach, J.K., Van Tuyle G., Lin P.S., Schmidt-Ullrich R., Mikkelsen R.B. Ionizing radiation-induced, mitochondria-dependent generation of reactive oxygen/nitrogen. Cancer Research, 2001, vol. 61, no. 10, pp. 3894-3901. Ermakov A.V., Konkova M.S., Kostyuk S.V., Izevskaya V.L., Baranova A., Veiko N.N. Oxidized extracellular DNA as a stress signal in human cells. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2013, vol. 2013, pp. 649-747. Ermakov A.V., Konkova M.S., Kostyuk S.V., Izevskaya V.L., Baranova A., Veiko N.N. Oxidized extracellular DNA as a stress signal in human cells. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2013, vol. 2013, pp. 649-747. Kostyuk S.V., Konkova M.S., Ershova E.S., Alekseeva A.J., Smirnova T.D., Stukalov S.V., Kozhina E.A., Shilova N.V., Zolotukhina T.V., Markova Z.G., Izhevskaya V.L., Baranova A., Veiko N.N. An exposure to the oxidized DNA enhances both instability of genome and survival in cancer cells. PLoS ONE, 2013, vol. 8, no. 10, p. e77469. Kostyuk S.V., Konkova M.S., Ershova E.S., Alekseeva A.J., Smirnova T.D., Stukalov S.V., Kozhina E.A., Shilova N.V., Zolotukhina T.V., Markova Z.G., Izhevskaya V.L., Baranova A., Veiko N.N. An exposure to the oxidized DNA enhances both instability of genome and survival in cancer cells. PLoS ONE, 2013, vol. 8, no. 10, p. e77469. Kozhina E.A., Ershova E.S., Okorokova N.A., Veiko V.P., Malinovskaya E.M., Sergeeva V.A., Konkova M.S., Kutsev. S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Extracellular DNA containing (dG)n motifs penetrates into MCF7 breast cancer cells, induces the adaptive response, and can be expressed. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2019, p. 16. Kozhina E.A., Ershova E.S., Okorokova N.A., Veiko V.P., Malinovskaya E.M., Sergeeva V.A., Konkova M.S., Kutsev. S.I., Veiko N.N., Kostyuk S.V. Extracellular DNA containing (dG)n motifs penetrates into MCF7 breast cancer cells, induces the adaptive response, and can be expressed. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2019, p. 16. Konkova M., Abramova M., Kalianov A., Ershova E., Dolgikh O., Umriukhin P., Izhevskaya V., Kutsev S., Veiko N., Kostyuk S. Mesenchymal Stem Cells Early Response to Low-Dose Ionizing Radiation. Frontiers in cell and developmental biology, 2020, vol. 8, p. 584497. Konkova M., Abramova M., Kalianov A., Ershova E., Dolgikh O., Umriukhin P., Izhevskaya V., Kutsev S., Veiko N., Kostyuk S. Mesenchymal Stem Cells Early Response to Low-Dose Ionizing Radiation. Frontiers in cell and developmental biology, 2020, vol. 8, p. 584497. Sergeeva V., Ershova E., Veiko N., Malinovskaya E., Kalyanov A., Kameneva L., Stukalov S., Dolgikh O., Konkova M., Ermakov A., Veiko V., Izhevskaya V., Kutsev S., Kostyuk S. Low-Dose Ionizing Radiation Affects Mesenchymal Stem Cells via Extracellular Oxidized Cell-Free DNA: A Possible Mediator of Bystander Effect and Adaptive Response. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017, p. 9515809. Sergeeva V., Ershova E., Veiko N., Malinovskaya E., Kalyanov A., Kameneva L., Stukalov S., Dolgikh O., Konkova M., Ermakov A., Veiko V., Izhevskaya V., Kutsev S., Kostyuk S. Low-Dose Ionizing Radiation Affects Mesenchymal Stem Cells via Extracellular Oxidized Cell-Free DNA: A Possible Mediator of Bystander Effect and Adaptive Response. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2017, p. 9515809. Midorikawa K., Hirakawa K., Kawanishi S. Hydroxylation of deoxyguanosine at 5' site of GG and GGG sequences in double-stranded DNA induced by carbamoyl radicals. Free radical research, 2002, vol. 6, no. 6, pp. 667-675. Midorikawa K., Hirakawa K., Kawanishi S. Hydroxylation of deoxyguanosine at 5' site of GG and GGG sequences in double-stranded DNA induced by carbamoyl radicals. Free radical research, 2002, vol. 6, no. 6, pp. 667-675.