過酸化水素は、DNA 修復や必須遺伝子の発現に影響を与え、ヒドラの頭部や足の再生を阻害することが明らかになった

Excess hydrogen peroxide inhibits head and foot regeneration in hydra by affecting DNA repair and expression of essential genes.

• Gauri A Haval
• Komal D Pekhale
• Nusrat A Perween
• Surendra M Ghaskadbi
• Saroj S Ghaskadbi

抄録

活性酸素種（ROS）は、様々な細胞のプロセスに必要である。しかし、過剰な活性酸素は多くの生体分子にダメージを与えるため、時間的にも空間的にも厳密に制御されなければなりません。過酸化水素（H O ）は、細胞内のセカンドメッセンジャーとして最も一般的に使用される活性酸素です。過酸化水素（H O ）は、損傷の初期段階では比較的長寿命で、自由に拡散するシグナル伝達分子です。損傷を受けたヒドラでは、損傷による活性酸素の産生が再生に不可欠である。本研究では、ヒドラの頭部と足部の再生に及ぼす酸素曝露の影響を調べた。その結果、1mMのH Oに4時間以上曝露すると頭部と足部の再生が阻害されるのに対し、2時間以上曝露すると頭部と足部の再生が阻害されないことを明らかにした。長時間の曝露ではDNAが損傷を受けたが、これは塩基切除修復（BER）に必要な酵素であるAPE1の誘導が不十分であったためであると考えられる。また、頭部の再生に必要なWnt経路の活性化に関わる遺伝子の発現が著しく低下していた。これは、β-カテニンの安定化と一過性の核局在化の両方に失敗したためと考えられる。同様に、足の再生に関与する遺伝子もまた、H O への曝露が長くなるとダウンレギュレーションされた。このように、過剰な活性酸素への曝露は、再生に関与する遺伝子の発現を低下させ、DNA修復機能を低下させることで、ヒドラの再生プロセスを阻害することが明らかになった。

Reactive oxygen species (ROS) are necessary for various cellular processes. However, excess ROS cause damage to many biological molecules and therefore must be tightly regulated in time and space. Hydrogen peroxide (H O ) is the most commonly used ROS as second messenger in the cell. It is a relatively long-lived freely diffusible signaling molecule during early events of injury. In the Cnidarian hydra, injury-induced ROS production is essential for regeneration to proceed. In the present study, we have examined influence of varying exposure to H O on head and foot regeneration in the middlepieces of trisected hydra. We find that longer (4 hours) exposure to 1 mM H O inhibits both head and foot regeneration while shorter exposure (2 hours) does not. Longer exposure to H O resulted in extensive damage to DNA that could not be repaired, probably due to suboptimal induction of APE1, an enzyme necessary for base excision repair (BER). Concomitantly, genes involved in activation of Wnt pathway, necessary for head regeneration, were significantly downregulated. This appeared to be due to failure of both stabilization and transient nuclear localization of β-catenin. Similarly, genes involved in foot regeneration were also downregulated on longer exposure to H O . Thus, exposure to excess ROS inhibits regenerative processes in hydra through reduced expression of genes involved in regeneration and diminished DNA repair.

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