Evaluation of prevention of DNA damage and induction of DNA repair by natural compounds

Abstract

As células estão permanentemente expostas a stresse ambiental (radiação e agentes químicos) e do metabolismo oxidativo nas mitocôndrias. Um dos alvos deste stresse é o ADN genómico para o qual os seres vivos desenvolveram mecanismos moleculares de reparação dos danos resultantes que envolvem enzimas como glicosilases, nucleases, polimerases e ligases. O equilíbrio entre o stresse que provoca danos de ADN e a capacidade de reparação do ADN é crucial para a sobrevivência celular. De entre estes stresses, o stresse oxidativo tem sido relacionado com muitas doenças, envelhecimento e morte celular. Uma vez detectados danos de ADN, o ciclo celular é parado o que permite a actuação destes mecanismos de reparação de danos de ADN. Esta capacidade de regular o ciclo celular em função da presença de danos de ADN é fundamental no desenvolvimento de organismos multicelulares uma vez que previne o surgimento de proliferação não controlada de qualquer célula (carcinogénese). Neste trabalho o objectivo foi estudar o efeito protector do ADN de um extracto vegetal obtido a partir das folhas de uma árvore da espécie Gingko biloba L.. Os ensaios envolveram células de Saccharomyces cerevisiae como modelo experimental incubadas com o extracto das folhas da Gingko biloba L., antes e durante o choque oxidativo provocado pelo peróxido de hidrogénio. Os danos e reparação do ADN foram determinados através do ensaio cometa, como também se calculou a sobrevivência com o ensaio de viabilidade e se mediu a oxidação intracelular pela citometria de fluxo. Neste trabalho o ensaio cometa provou ser um método sensível e robusto na detecção dos danos no ADN nas células de levedura, tal como tem sido descrito para células animais. Os nossos resultados demonstraram a capacidade protectora do extracto da Gingko biloba L. contra os danos no ADN causados pelo peróxido de hidrogénio. Para além disso, o extracto protegeu as células da morte celular e reduziu a oxidação intracelular. Por fim, a actividade do extracto parece estar envolvida aos mecanismos de reparação do ADN, já que a reparação foi mais rápida quando as células foram submetidas ao tratamento com o extracto.

Cells are exposed permanently to stress imposed by the environment (radiation, chemicals) and by the oxidative metabolism in mitochondria. One of the targets of this stress is genomic DNA. Cells have developed molecular repair mechanisms involving specific enzymes such as glycosylases, nucleases, polymerases and ligases, allowing efficient removal of damage. The balance between DNA damage-causing stress and DNA repair capacity is crucial for life. Oxidative stress, one of these stresses, has been related to many diseases, aging process and cell death. Once DNA damage is sensed the cell cycle is arrested so that molecular repair mechanisms can operate, or induction of programmed cell death may take place if damage cannot be repaired. These features are essential for the right development of a multicellular organism that avoids the “selfish” uncontrolled proliferation of a given cell (carcinogenesis). In this work we aimed to study the DNA protective effect of extracts of Ginkgo biloba L. leaves from oxidative stress. Typical experiments involved incubation of Saccharomyces cerevisiae cells with Ginkgo biloba L. leaf extract, before and during the oxidative shock by hydrogen peroxide. Subsequent determination of DNA damage and repair by the comet assay was performed, as well as cell death estimation through the viability assay and measurement of intracellular oxidation by flow cytometry. The comet assay proved to be a robust and sensitive technique for detection of DNA damage in yeast cells. Our results indicate that Ginkgo biloba L. extracts protect yeast cells against DNA damage imposed by hydrogen peroxide. In addition, Ginkgo biloba L. extract has protected yeast cells against cell death and has reduced intracellular oxidation. Finally, Ginkgo biloba L. extract possibly interferes with the DNA repair system of yeast, because DNA repair kinetics was improved when cells were exposed to this extract.