8-Oxo-2'-deoxyguanosine

8-Oxo-2'-deoxyguanosine (8-oxo-dG) is an oxidized derivative of deoxyguanosine. 8-Oxo-dG is one of the major products of DNA oxidation.^[1] Concentrations of 8-oxo-dG within a cell are a measurement of oxidative stress.

Steady-state levels of DNA damages represent the balance between formation and repair. Swenberg et al.^[3] measured average frequencies of steady state endogenous DNA damages in mammalian cells. The most frequent oxidative DNA damage normally present in DNA is 8-oxo-dG, occurring at an average frequency of 2,400 per cell.

When 8-oxo-dG is induced by a DNA damaging agent it is rapidly repaired. For example, 8-oxo-dG was increased 10-fold in the livers of mice subjected to ionizing radiation, but the excess 8-oxo-dG was rapidly removed with a half-life of 11 minutes.^[4]

As reviewed by Valavanidis et al.^[5] increased levels of 8-oxo-dG in a tissue can serve as a biomarker of oxidative stress. They also noted that increased levels of 8-oxo-dG are frequently found during carcinogenesis.

En la figura que se muestra en esta sección, el epitelio colónico de un ratón con una dieta normal tiene un nivel bajo de 8-oxo-dG en sus criptas colónicas (panel A). Sin embargo, un ratón que probablemente está experimentando tumorigénesis colónica (debido a la adición de desoxicolato a su dieta ^{[ 2 ]} ) tiene un nivel alto de 8-oxo-dG en su epitelio colónico (panel B). El desoxicolato aumenta la producción intracelular de oxígeno reactivo, lo que resulta en un mayor estrés oxidativo ^{[ 6 ] [ 7 ]} y esto conduce a la tumorigénesis y la carcinogénesis . De 22 ratones alimentados con la dieta suplementada con desoxicolato , 20 (91%) desarrollaron tumores colónicos después de 10 meses con la dieta, y los tumores en 10 de estos ratones (45% de los ratones) incluían un adenocarcinoma (cáncer) ^{[ 2 ] .}

La 8-oxo-dG aumenta con la edad en el ADN de los tejidos de mamíferos. ^{[ 8 ]} La 8-oxo-dG aumenta tanto en el ADN mitocondrial como en el ADN nuclear con la edad. ^{[ 9 ]} Fraga et al. ^{[ 10 ]} estimaron que en el riñón de rata, por cada 54 residuos de 8-oxo-dG reparados, un residuo permanece sin reparar. (Véase también la teoría del daño al ADN del envejecimiento ).

El aumento del estrés oxidativo inactiva temporalmente la enzima OGG1 (oxoguanina glicosilasa) en los sitios con 8-oxo-dG, lo que recluta al factor de transcripción NFkB a las secuencias de ADN promotoras de los genes inflamatorios y activa la expresión génica , induciendo mecanismos de inmunidad innata que contribuyen a la carcinogénesis pulmonar. ^{[ 11 ]}

Valavanidis et al. ^{[ 5 ]} señalaron que el daño oxidativo del ADN, como el 8-oxo-dG, probablemente contribuye a la carcinogénesis mediante dos mecanismos. El primer mecanismo implica la modulación de la expresión génica, mientras que el segundo es a través de la inducción de mutaciones.

En individuos con infección crónica por el virus de la hepatitis C , el aumento de la expresión de 8-oxo-dG es un factor de riesgo para el desarrollo de carcinoma hepatocelular . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Two reviews^[19][20] summarize the large body of evidence, reported largely between 1996 and 2011, for the critical and essential role of ROS in memory formation. A recent additional body of evidence indicates that both the formation and storage of memory depend on epigenetic modifications in neurons, including alterations in neuronal DNA methylation.^[21][22] The two bodies of information on memory formation appear to be connected in 2016 by the work of Zhou et al,^[23] who showed that 8-oxo-dG, a major product of ROS interaction with DNA,^[24][25] has a central role in epigenetic DNA demethylation.

The activation of transcription of some genes by transcription factors depends on the presence of 8-oxo-dG in the promoter regions and its recognition by the DNA repair glycosylase OGG1.^[26][25]

As reviewed by Duke et al., neuron DNA methylation and demethylation are altered by neuronal activity. Active DNA methylations and demethylations are required for synaptic plasticity, are modified by experiences, and are required for memory formation and maintenance.^[27]

In mammals, DNA methyltransferases (which add methyl groups to DNA bases) exhibit a strong sequence preference for cytosines within the particular DNA sequence cytosine-phosphate-guanine (CpG sites).^[28] In the mouse brain, 4.2% of all cytosines are methylated, primarily in the context of CpG sites, forming 5mCpG.^[29] Most hypermethylated 5mCpG sites increase the repression of associated genes.^[29] As shown by Zhou et al.,^[23] and illustrated below, oxidation of the guanine in the methylated CpG site, to form 5mCp-8-oxo-dG is the first step in demethylation.

El complejo 8-oxo-dG con OGG1 probablemente tiene un papel importante en facilitar miles de desmetilaciones rápidas de citosinas metiladas en sitios CpG durante la formación de la memoria y desmetilaciones adicionales (durante un período de semanas) durante la consolidación de la memoria . Como se mostró en 2016 por Halder et al. ^{[ 30 ]} usando ratones, y en 2017 por Duke et al. ^{[ 27 ]} usando ratas, cuando se aplica un condicionamiento de miedo contextual a los roedores, lo que provoca la formación de una memoria a largo plazo especialmente fuerte , en cuestión de horas hay miles de metilaciones y desmetilaciones en las neuronas de la región cerebral del hipocampo. Como se mostró con las ratas, el 9,2% de los genes en las neuronas del hipocampo de la rata están metilados diferencialmente. En ratones, examinados a las 4 semanas del condicionamiento, las metilaciones y desmetilaciones del hipocampo se revirtieron (el hipocampo es necesario para la formación de recuerdos, pero estos no se almacenan allí), mientras que se produjo una metilación y desmetilación diferencial sustancial de CpG en las neuronas corticales durante el mantenimiento de la memoria. Se encontraron 1223 genes diferencialmente metilados en la corteza cingulada anterior de ratones cuatro semanas después del condicionamiento de miedo contextual. Donde ocurren las desmetilaciones, la oxidación de la guanina en el sitio CpG para formar 8-oxo-dG es un primer paso importante. ^{[ 23 ]}

La desmetilación en los sitios CpG requiere 8-oxo-dG

TET1 es una enzima clave involucrada en la desmetilación de 5mCpG. Sin embargo, TET1 solo puede actuar sobre 5mCpG si una ROS ha actuado previamente sobre la guanina para formar 8-hidroxi-2'-desoxiguanosina (8-OHdG o su tautómero 8-oxo-dG), lo que resulta en un dinucleótido 5mCp-8-OHdG (ver la primera figura de esta sección). ^{[ 23 ]} Después de la formación de 5mCp-8-OHdG, la enzima de reparación por escisión de bases OGG1 se une a la lesión 8-OHdG sin escisión inmediata. La adhesión de OGG1 al sitio 5mCp-8-OHdG recluta a TET1 , lo que permite que TET1 oxide la 5mC adyacente a 8-OHdG, como se muestra en la primera figura de esta sección. Esto inicia la vía de desmetilación que se muestra en la segunda figura de esta sección.

La expresión alterada de proteínas en las neuronas, controlada por la desmetilación dependiente de 8-oxo-dG de los sitios CpG en los promotores genéticos dentro del ADN neuronal, es fundamental para la formación de la memoria. ^{[ 32 ]}

El 8-oxo-dG se puede mapear con resolución de un solo nucleótido en los genomas humanos mediante click-code-seq, ^{[ 33 ]} nanopore ^{[ 34 ]} y CLAPS-seq. ^{[ 35 ]}

• 8-Oxoguanosina
• Investigación del cáncer