石炭曝露によるDNA損傷応答と細胞周期効果のシステム化学生物学的解析

Systems chemo-biology analysis of DNA damage response and cell cycle effects induced by coal exposure.

• Jose F Torres-Ávila
• Lyda Espitia-Pérez
• Diego Bonatto
• Fernanda Rabaioli da Silva
• Iuri Marques de Oliveira
• Luís F O Silva
• Dione Silva Corrêa
• Johnny Ferraz Dias
• Juliana da Silva
• João Antonio Pêgas Henriques

抄録

細胞周期の変化は癌の主要な特徴の一つである。その結果、細胞周期調節因子の研究は、特に環境曝露に関連したがん研究の重要なテーマとして浮上してきた。炭鉱周辺の粒子状物質や石炭粉塵は、細胞周期の変化を誘発する可能性がある。そこで本研究では、コロンビアの鉱山から採取した2つの石炭サンプルに含まれる主な化合物を同定するために化学分析を行い、これらの化合物と細胞周期に関連するタンパク質との相互作用を明らかにするためにシステム化学生物学的解析を行った。その結果、主要な無機酸化物（MIO）、無機元素（IE）、多環芳香族炭化水素（PAH）などの石炭抽出残渣への暴露によって生じる酸化ストレスが、DNA損傷や細胞周期の進行の変化（阻害や遅延）、およびいくつかのタンパク質の構造的機能障害に与える役割を明らかにした。特に、Ｃｒ、Ｎｉ、ＳなどのＩＥやベンゾ［ａ］ピレンなどのＰＡＨは、ＤＮＡ損傷や酸化ストレスを介した細胞周期の調節に影響を及ぼす可能性がある。この過程では、サイクリン、サイクリン依存性キナーゼ、TP53などのジンクフィンガータンパク質、プロテインキナーゼが中心的な役割を果たしていると考えられます。

Cell cycle alterations are among the principle hallmarks of cancer. Consequently, the study of cell cycle regulators has emerged as an important topic in cancer research, particularly in relation to environmental exposure. Particulate matter and coal dust around coal mines have the potential to induce cell cycle alterations. Therefore, in the present study, we performed chemical analyses to identify the main compounds present in two mineral coal samples from Colombian mines and performed systems chemo-biology analysis to elucidate the interactions between these chemical compounds and proteins associated with the cell cycle. Our results highlight the role of oxidative stress generated by the exposure to the residues of coal extraction, such as major inorganic oxides (MIOs), inorganic elements (IEs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) on DNA damage and alterations in the progression of the cell cycle (blockage and/or delay), as well as structural dysfunction in several proteins. In particular, IEs such as Cr, Ni, and S and PAHs such as benzo[a]pyrene may have influential roles in the regulation of the cell cycle through DNA damage and oxidative stress. In this process, cyclins, cyclin-dependent kinases, zinc finger proteins such as TP53, and protein kinases may play a central role.