Regolazione circadiana del sistema di riparo del danno ossidativo al DNA

Mammalian cells possess a cell-autonomous molecular clock which controls the timing of many biochemical reactions including the cellular response to environmental stimuli such as genotoxic stress through the modulation of the DNA damage repair. Our goal was to investigate whether the activity of oxidative DNA damage repair by Base excision repair displayed a circadian rhythm. We sought to evaluate plasma cortisol and melatonin rhythms as well as clock gene expression and BER system activity in lymphocytes collected from 12 healthy subjects every 4h for a 24h period. Our results showed that all subjects had physiological daily rhythms in plasmatic melatonin and cortisol as well as clock gene expression (Clock, Bmal1, Per1, Per2, Per3, Cry1,Cry2 e Rev-Erbα) as previously demonstrated in other studies. We find that base excision repair is highest in the morning hours and is at its lowest in the evening/night hours. This result could explain higher levels of oxidative purines (8-oxoG) observed in the evening hours compared to morning hours. The circadian oscillation of the repair capacity is caused mainly by the circadian oscillation of the hOGG1 glycosidase. In parallel with the rhythmicity of repair rate, we find that lymphocytes exposed ex vivo to oxidative damage at 08:00 PM display a greater accumulation of 8-oxoG than lymphocytes exposed at 08:00 A.M. In vitro a Shock Serum treatment-mediated circadian oscillation of Ogg1 expression in a fibroblasts line (HuDe) paralleled to a robust clock genes variation in 24h is abolished when clock molecular fluctuation is down-regulated. A further evidence linking molecular clock and BER system is explained by the finding that a deregulation of clock gene expression observed in a shift workers group results in an alteration of Ogg1 expression compared to a control group. We conclude that time of day of exposure could result in a different repair capacity as well as susceptibility possibly due to a circadian regulation of 8-oxoG repair.

Le cellule dei mammiferi possiedono un orologio molecolare endogeno che regola l’organizzazione temporale di numerosi processi biochimici inclusa la risposta a stimoli ambientali di natura genotossica. L’obiettivo del presente lavoro è stato quello di valutare se l’attività del sistema di riparo del danno ossidativo al DNA (BER) fosse regolata in maniera circadiana. A tale scopo, sono stati studiati i ritmi plasmatici della melatonina e del cortisolo in associazione all’espressione linfocitaria dei geni clock e dell’attività del sistema di riparo BER in 12 soggetti sani analizzati ogni 4 ore per un periodo complessivo di 24h. Tutti i soggetti presentavano una corretta sincronizzazione circadiana evidenziata dai normali ritmi fisiologici relativi ai livelli di melatonina, cortisolo ed espressione dei geni clock (Clock, Bmal1, Per1, Per2, Per3, Cty1 ,Cry2 e Rev-Erbα). L’attività del sistema di riparo BER risultava più elevata durante le ore diurne in associazione a livelli più bassi di guanina ossidata (8-oxoG) rispetto alle ore serali/notturne. L’oscillazione circadiana della capacità di riparo del danno ossidativo era determinata principalmente dalla variazione nelle 24h dell’enzima glicosilasi OGG1. Parallelamente alla ritmicità di riparo, i linfociti raccolti alle ore 08:00 PM ed esposti ex vivo ad un agente ossidante tendevano ad accumulare nel tempo l’8-oxoG in misura maggiore rispetto ai linfociti raccolti alle ore 08:00 AM. In vitro, la deregolazione dell’orologio molecolare indotta dal silenziamento del gene Bmal1 in una linea di fibroblasti (HuDe) era associata alla perdita di ritmicità circadiana del gene Ogg1 rispetto alla linea wt. In vivo, in un gruppo di infermiere turniste la deregolazione dell’espressione dei geni clock era associata ad una alterazione del gene Ogg1. In conclusione i nostri risultati suggeriscono che la capacità di riparo della base mutagenica 8-oxoG varia nell’arco delle 24h in funzione della regolazione circadiana dell’enzima Ogg1.