The formation of high molecular weight dna fragments: the hallmark of apoptosis or early genomic events in stress response?

Abstract

We studied the peculiarities of nuclear DNA fragmentation in primary culture of marine thymocytes and in human lymphoblastoid cell culture (line CEM) induced to apoptosis by various influences. We showed that in apoptotic cells the ordered high molecular weight DNA cleavage, recognizable as DNA fragment release of 50–100 and 250–300 kb in length, preceded to typical nuclear DNA fragmentation at the internucleosomal regions. Comparative study of the high molecular weight and internucleosomal DNA fragmentation demonstrated that these show different sensitivity to Zn²⁺ ions, actinomycin D and cycloheximide. In addition, the formation of large molecular weight fragments in contrast to oligonucleosomal ones may be reverted in conditions promoting to topoisomerase 11 mediated rejoining of cleaved DNA. These finding suggest that the high molecular weight and internucleosomal fragmentation may follow two different program¬mes of DNA cleavage during apoplosis mediated, presumably, by diverse enzymes. We showed that similar processes of ordered high molecular weight DNA cleavage occur in apoptotic cells and in those subjected to the stress challenges. The formation of high molecular weight DNA fragments was demonstrated to proceed promptly, show no correlation with cell death and occassionally may be of transient nature. The data obtained allow to interpret the formation of high molecular weight fragments as a component of cell response to stress rather that an early step of DNA fragmentation during apoptosis.

В роботі досліджено особливості фрагментації ядерної ДНК у первинній культурі тимоцитів мишей і в культурі лімфобластоїдних клітин людини (лінія СЕМ), індукованих до апоптозу різними чинниками. Крім того, наведено дані про те, що процес форму­ вання великих фрагментів за своїми характеристиками відрізняється від міжнуклеосомної фрагментації і спостерігається не лише при апоптозі, але і в клітинах, підданих дії стресу. Зміна нативності ядерної ДНК у відповідь на стрес відбувається швидко, не є пов'язаною з загибеллю клітин і в деяких випадках їй притаманний транзитний характер. Отримані результати дозволяють інтерпретувати формування великих фраг­ментів скоріше як компонент клітинної відповіді на стрес, а не як ключову властивість апоптозу.

В работе исследованы особенности фрагментации ядерной ДНК в первичной культуре тимоцитов и в культуре лимфобдастных клеток человека (линия СЁМ), индуцированных к апоптозу различными воздействиями. Кроме того, приведены данные о том, что процесс формирования крупных фрагментов по своим характеристикам отличается от межнуклеосомной фрагментации и имеет место не только при апоптозе, но и в клетках, подверженных стрессовым воздействиям. Изменение нативности ядерной ДНК в ответ на стресс происходит быстро, не связано с гибелью клеток и в ряде случаев носит транзитный характер. Полученные результаты позволяют интерпретировать формирование крупных фрагментов скорее как компонент клеточного ответа на стресс, а не как ключевую характеристику апоптоза.