The ordered disintegration of nuclear DNA as a specific genome reaction accompanying apoptosis, stress response and differentiation

Abstract

The treatment of agarose embedded nuclear or cellular preparations with protein denaturing agents resulted in ordered cleavage of intact nuclear DNA into high molecular weight fragments with the pattern of fragmentation being unityped for various eukaryotic representatives. We snowed that the set of DNA fragments represents the pre-existing DNA structural domains attributed to the higher levels of chromatin folding, and presented evidence allowing to interpret the nuclear DNA domain organization as a constituent component of topoisomerase III DNA complex with its ability to mediate the cleavage/religation reactions. We demonstrated that changes in the integrity of nuclear DNA, recognizable as an altered pattern of SDS-dependent cleavage of nuclear DNA into high molecular weight DNA fragments, took place at the early stage of apoptosis, upon number of stress challenges and in cells showing various proliferative status. The changes in the integrity of nuclear DNA affected by various influences were shown to be prompt and seem to be of transient nature. The results obtained allow to conclude that changes in the integrity of nuclear DNA revealed as an altered pattern of SDS-dependent high molecular weight DNA cleavage may present the specific genome reaction accompanying the physiological changes in the cells during apoptosis, stress response and differentiation.

Уданій роботі показано, що при дії на «заплавлені» в агарозу препарати клітин та ядер білкових денатурантів відбувається упорядковане крупноблочне розщеплення інтактної ядерної ДНК. Фрагменти, що утворюються при цьому, являють собою передіснуючі структурні домени ядерної ДНК, які відповідають виищм рівням упакування хроматину. їх можна розглядати як конститутивний компонент ядерного комплексу ДНК/топоізомераза II, спроможного здійснювати реакцію розщеплення – воз'єднання ДНК Встановлено, що зміна нативності, або цілісності, ядерної ДНК, яка виявляється у зміні характеру DS-Na-золежного крупноблочного розщеплення, ядерної ДНК, відбувається на ранніх етапах апоптозу під дією різноманітних стресових факторів, а також у клітинах з різним рівнем проліферативної активності. Отримані результати дозволяють припустити, що спостережені зміни нативності ядерної ДНК можуть бути специфічною геномною реакцією, яка супроводжує фізіологічні процеси в клітині приаіюптозі, відповіді на стрес або діференціювання.

В данной работе показано, что воздействие на препараты «заплавленных» в агарозу клеток или ядер белковых денатурантов приводит к упорядоченному крупноблочному расщеплению интактной ядерной ДНК. Фрагменты, образующиеся при этом, являют собой предсуществующие структурные домены ядерной ДНК, соответствующие высшим уровням упаковки хроматина. Их можно рассматривать как конститутивный компонент ядерного комплекса ДНК/ топоизомераза II, способного осуществлять реакцию расщепления/воссоединения ДНK Установлено, что изменение нативности, или целостности, ядерной ДНК, проявляющееся в изменении характера DS-Na-зависимого крупноблочного расщепления ядерной ДНК, происходит на ранних этапах апоптоза под влиянием всевозможных стрессовых факторов, а также в клетках с различным уровнем пролиферативной активности. Эти изменения происходят быстро и могут иметь обратимый характер. Полученные результаты позволяют предположить, что наблюдаемые изменения нативности ядерной ДНК могут представлять собой специфическую геномную реакцию, сопровождающую физиологические процессы в клетке при апоптозе, ответе на стресс или дифференцировке.