Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.1
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pp.1-6
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2009
DNA double-strand breaks (DSBs) occur commonly in the all living and in cycling cells. They constitute one of the most severe form of DNA damage, because they affect both strand of DNA. DSBs result in cell death or a genetic alterations including deletion, loss of heterozygosity, translocation, and chromosome loss. DSBs arise from endogenous sources like metabolic products and reactive oxygen, and also exogenous factors like ionizing radiation. Defective DNA DSBs can lead to toxicity and large scale sequence rearrangement that can cause cancer and promote premature aging. There are two major pathways for their repair: homologous recombination(HR) and non-homologous end-joining(NHEJ). The HR pathway is a known "error-free" repair mechanism, in which a homologous sister chromatid serves as a template. NHEJ, on the other hand, is a "error-prone" pathway, in which the two termini of the broken DNA molecule are used to form compatible ends that are directly ligated. This review aims to provide a fundamental understanding of how HR and NHEJ pathways operate, cause genome instability, and what kind of genes during the pathways are associated with head and neck cancer.
During meiosis, programmed double-strand breaks (DSBs) are repaired via recombination pathways that are required for faithful chromosomal segregation and genetic diversity. In meiotic progression, the non-homologous end joining (NHEJ) pathway is suppressed and instead meiotic recombination initiated by nucleolytic resection of DSB ends is the major pathway employed. This requires diverse recombinase proteins and regulatory factors involved in the formation of crossovers (COs) and non-crossovers (NCOs). In mitosis, spontaneous DSBs occurring at the G1 phase are predominantly repaired via NHEJ, mediating the joining of DNA ends. The Ku complex binds to these DSB ends, inhibiting additional DSB resection and mediating end joining with Dnl4, Lif1, and Nej1, which join the Ku complex and DSB ends. Here, we report the role of the Ku complex in DSB repair using a physical analysis of recombination in Saccharomyces cerevisiae during meiosis. We found that the Ku complex is not essential for meiotic progression, DSB formation, joint molecule formation, or CO/NCO formation during normal meiosis. Surprisingly, in the absence of the Ku complex and functional Mre11-Rad50-Xrs2 (MRX) complex, a large portion of meiotic DSBs was repaired via the recombination pathway to form COs and NCOs. Our data suggested that Ku complex prevents meiotic recombination in the elimination of MRX activity.
Zhu Xiao Lin;Fan Zhou;U. Joseph Schoepf;Balakrishnan Pillai;Chang Sheng Zhou;Wei Quan;Xue Qin Bao;Guang Ming Lu;Long Jiang Zhang
Korean Journal of Radiology
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v.21
no.8
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pp.967-977
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2020
Objective: To evaluate the effects of tube voltage on image quality in coronary CT angiography (CCTA), the estimated radiation dose, and DNA double-strand breaks (DSBs) in peripheral blood lymphocytes to optimize the use of CCTA in the era of low radiation doses. Materials and Methods: This study included 240 patients who were divided into 2 groups according to the DNA DSB analysis methods, i.e., immunofluorescence microscopy and flow cytometry. Each group was subdivided into 4 subgroups: those receiving CCTA only with different tube voltages of 120, 100, 80, or 70 kVp. Objective and subjective image quality was evaluated by analysis of variance. Radiation dosages were also recorded and compared. Results: There was no significant difference in demographic characteristics between the 2 groups and 4 subgroups in each group (all p > 0.05). As tube voltage decreased, both image quality and radiation dose decreased gradually and significantly. After CCTA, γ-H2AX foci and mean fluorescence intensity in the 120-, 100-, 80-, and 70-kVp groups increased by 0.14, 0.09, 0.07, and 0.06 foci per cell and 21.26, 9.13, 8.10, and 7.13 (all p < 0.05), respectively. The increase in the DNA DSB level in the 120-kVp group was higher than those in the other 3 groups (all p < 0.05), while there was no significant difference in the DSBs levels among these latter groups (all p > 0.05). Conclusion: The 100-kVp tube voltage may be optimal for CCTA when weighing DNA DSBs against the estimated radiation dose and image quality, with further reductions in tube voltage being unnecessary for CCTA.
Epidermal growth factor receptor (EGFR) overexpression is associated with resistance to chemotherapy and radiotherapy. The EGFR modulates DNA repair after radiation-induced damage through an association with the catalytic subunit of DNA protein kinase. DNA double-strand breaks (DSBs) are the most lethal type of DNA damage induced by ionizing radiation, and non-homologous end joining is the predominant pathway for repair of radiation-induced DSBs. Some cell signaling pathways that respond to normal growth factors are abnormally activated in human cancer. These pathways also invoke the cell survival mechanisms that lead to resistance to radiation. The molecular connection between the EGFR and its control over DNA repair capacity appears to be mediated by one or more signaling pathways downstream of this receptor. The purpose of this mini-review was not only to highlight the relation of the EGFR signal as a regulatory mechanism to DNA repair and radiation resistance, but also to provide clues to improving existing radiation resistance through novel therapies based on the above-mentioned mechanism.
Argonaute 2 (AtAGO2) is a well characterized effector protein in Arabidopsis for its functionalities associated with DNA double-strand break (DSB)-induced small RNAs (diRNAs) and for its inducible expression upon ${\gamma}$-irradiation. However, its transcriptional regulation depending on the recovery time after the irradiation and on the specific response to DSBs has been poorly understood. We analyzed the 1,313 bp promoter sequence of the AtAGO2 gene ($1.3kb_{pro}$) to characterize the transcriptional regulation of AtAGO2 at various recovery times after ${\gamma}$-irradiation. A stable transformant harboring $1.3kb_{pro}$ fused with GUS gene showed that the AtAGO2 is highly expressed in response to ${\gamma}$-irradiation, after which the expression of the gene is gradually decreased until 5 days of DNA damage recovery. We also confirm that the AtAGO2 expression patterns are similar to that of ${\gamma}$-irradiation after the treatments of radiomimetic genotoxins (bleomycin and zeocin). However, methyl methanesulfonate and mitomycin C, which are associated with the inhibition of DNA replication, do not induce the expression of the AtAGO2, suggesting that the expression of the AtAGO2 is closely related with DNA DSBs rather than DNA replication.
During meiosis, genetic recombinants are formed by homologous recombination accompanying with the programmed double-strand breaks (DSBs) and strand exchanges between homologous chromosomes. The mechanism is generated by recombination intermediates such as single-end invasions (SEIs) and double-Holliday junctions (dHJs), and followed by crossover (CO) or non-crossover (NCO) products. Our study was focused on the analysis of meiotic recombination intermediates (DSBs, SEIs, and dHJs) and final recombination products (CO and NCO). We identified these meiotic recombination intermediates using DNA physical analysis under HIS4LEU2 "hot spot" system in budding yeast, Saccharomyces cerevisiae. For DNA physical analysis, when the hot spot locus is recognized by restriction enzyme from synchronous meiotic cells, the fragmented DNA that are forming recombination intermediates can be detected and quantified through Southern hybridization analysis. Our study suggests that this system can analyze the structural change of recombination intermediates during DSB-SEI transition, double-Holiday junctions and crossover/non-crossover products in meiosis.
Xu, Jian-Yu;Lu, Shan;Xu, Xiang-Ying;Hu, Song-Liu;Li, Bin;Qi, Rui-Xue;Chen, Lin;Chang, Joe Y.
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.16
no.8
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pp.3301-3306
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2015
Nucleolin (C23) is an important anti-apoptotic protein that is ubiquitously expressed in exponentially growing eukaryotic cells. In order to understand the impact of C23 in radiation therapy, we attempted to investigate the relationship of C23 expression with the radiosensitivity of human non-small cell lung cancer (NSCLC) cells. We investigated the role of C23 in activating the catalytic subunit of DNA-dependent protein kinase (DNA-PKcs), which is a critical protein for DNA double-strand breaks (DSBs) repair. As a result, we found that the expression of C23 was negatively correlated with the radiosensitivity of NSCLC cell lines. In vitro clonogenic survival assays revealed that C23 knockdown increased the radiosensitivity of a human lung adenocarcinoma cell line, potentially through the promotion of radiation-induced apoptosis and adjusting the cell cycle to a more radiosensitive stage. Immunofluorescence data revealed an increasing quantity of ${gamma}$-H2AX foci and decreasing radiation-induced DNA damage repair following knockdown of C23. To further clarify the mechanism of C23 in DNA DSBs repair, we detected the expression of DNA-PKcs and C23 proteins in NSCLC cell lines. C23 might participate in DNA DSBs repair for the reason that the expression of DNA-PKcs decreased at 30, 60, 120 and 360 minutes after irradiation in C23 knockdown cells. Especially, the activity of DNA-PKcs phosphorylation sites at the S2056 and T2609 was significantly suppressed. Therefore we concluded that C23 knockdown can inhibit DNA-PKcs phosphorylation activity at the S2056 and T2609 sites, thus reducing the radiation damage repair and increasing the radiosensitivity of NSCLC cells. Taken together, the inhibition of C23 expression was shown to increase the radiosensitivity of NSCLC cells, as implied by the relevance to the notably decreased DNA-PKcs phosphorylation activity at the S2056 and T2609 clusters. Further research on targeted C23 treatment may promote effectiveness of radiotherapy and provide new targets for NSCLC patients.
The objective of this study was to compare dentin shear bond strength (DSBS) of dentin bonding agents (DBAs) cured with a plasma arc (PAC) light curing unit (LCU) and those cured with a light emitting diode (LED) LCU. Optical properties were also analyzed for Elipar freelight 2 (3M ESPE); LED LCU, Apollo 95E (DMT Systems); PAC LCU and VIP Junior (Bisco); Halogen LCU. The DBAs used for DSBS test were Scotchbond Multipurpose (3M ESPE), Singlebond 2 (3M ESPE) and Clearfil SE Bond (Kuraray). After DSBS testing, fractured specimens were analyzed for failure modes with SEM. The total irradiance and irradiance between 450 nm and 490 nm of the LCUs were different. LED LCU showed narrow spectral distribution around its peak at 462 nm whereas PAC and Halogen LCU showed a broad spectrum. There were no significant differences in mean shear bond strength among different LCUs (P > 0.05) but were significant differences among different DBAs (P < 0.001).
The objective of this study was to compare dentin shear bond strength (DSBS) of dentin bonding agents (DBAs) cured with a plasma arc (PAC) light curing unit (LCU) and those cured with a light emitting diode (LED) LCU. Optical properties were also analyzed for Elipar freelight 2 (3M ESPE); LED LCU, Apollo 95E (DMT Systems); PAC LCU and VIP Junior (Bisco); Halogen LCU. The DBAs used for DSBS test were Scotchbond Multipurpose (3M ESPE), Singlebond 2 (3M ESPE) and Clearfil SE Bond (Kuraray). After DSBS testing, fractured specimens were analyzed for failure modes with SEM. The total irradiance and irradiance between 450 nm and 490 nm of the LCUs were different. LED LCU showed narrow spectral distribution around its peak at 462 nm whereas PAC and Halogen LCU showed a broad spectrum. There were no significant differences in mean shear bond strength among different LCUs (P > 0.05) but were significant differences among different DBAs (P < 0.001)
A quantum-chemical investigation on the conformations and electronic properties of bis[2-{2-methoxy-4,6-di(t-butyl)phenyl}ethenyl]benzenes (MBPBs) as building block for ${\pi}$-conjugate polymer are performed in order to display the effects of t-butyl and methoxy group substitution and of kink(ortho and meta) linkage. The conjugation length of the polymers can be controlled by substituents and kink linkages of backbone. Structures for the molecules, o-, m-, and p-MBPBs as well as unsubstituted o-, m-, and p-DSBs were fully optimized by using semiempirical AM1, PM3 methods, and ab initio HF method with 3-21G(d) basis set. The potential energy curves with respect to the change of single torsion angle are obtained by using semiempirical methods and ab initio HF/3-21G(d) basis set. The curves are similar shape in the molecules with respect to the position of vinylene groups. It is shown that the conformations of the molecules are compromised between the steric repulsion interaction and the degree of the conjugation. Electronic properties of the molecules were obtained by applying the optimized structures and geometries to the ZINDO/S method. ZINDO/S analysis performed on the geometries obtained by AM1 method and HF/3-21G(d) level is reported. The absorption wavelength on the geometries obtained by AM1 method is much longer than that by HF/3-21G(d) level. The absorption wavelength of MBPBs are red shifted with comparison to that of corresponding DSBs in the same torsion angle because of electron donating substituents. The absorption wavelength of isomers with kink(orth and meta) linkage is shorter than that of para linkage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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