相互依存性の遺伝毒性メカニズムモノメチルゾーソン酸のメカニズム：尿路上皮細胞の悪性形質転換におけるROS誘発DNA損傷およびポリ（ADP-リボース）ポリメラーゼ-1阻害の役割

ヒト膀胱尿路上皮細胞（ウロタ）の50 nmのヒ素代謝産物、モノメチルゾーナス酸（MMA（III））への暴露は、12週間、不可逆的な悪性形質転換をもたらします。ゲノムの安定性を維持するために必要な修復プロセスを阻害することにより、継続的な低レベルのMMA（III）暴露が遺伝毒性ポテンシャルの増加を引き起こす能力は不明です。細胞システム内のゲノムs辱に続いて、亜鉛フィンガータンパク質であるポリ（ADP-リボース）ポリメラーゼ-1（PARP-1）が急速に活性化され、DNA鎖切断部位に動員されます。ウロタ細胞が50 nM MMA（III）に連続的に曝露されると、MMA（III）誘発DNA一本鎖切断が12週間の曝露で増加したにもかかわらず、PARP-1活性は増加しません。Urotsa細胞が連続MMA（III）暴露（2週間）から除去されると、PARP-1の活性は、その後のDNA損傷レベルの減少と一致して増加します。逆説的に、PARP-1 mRNA発現とタンパク質レベルは、連続MMA（III）の存在下で上昇し、MMA（III）の存在下でのPARP-1活性の阻害を補償する可能性のあるメカニズムを示しています。PARP-1の亜鉛フィンガードメインには、MMA（III）が結合し、亜鉛イオンを変位させ、PARP-1を非アクティブにする潜在的な部位として作用する可能性のあるビクシナルスルフヒドリル基が含まれています。質量分析分析は、MMA（III）がPARP-1の亜鉛フィンガードメインを表す合成ペプチドを結合し、用量依存的にペプチドから亜鉛を置換する能力を示しています。連続MMA（III）曝露の存在下で、連続4週間の亜鉛補給がPARP-1活性レベルを回復し、MMA（III）に関連する遺伝毒性を低下させました。亜鉛の補給は、PARP-1タンパク質レベルの全体的な増加を生成せず、MMA（III）誘発性酸素種のレベルを低下させたり、Cu-Znスーパーオキシドジスムターゼレベルを変化させたりしませんでした。全体として、これらの結果は、MMA（III）がウロタ細胞の遺伝毒性in辱および/または悪性形質転換に対する感受性を増加させる可能性のある2つの潜在的な相互依存的メカニズムを提示します。MMA（III）誘導DNA損傷の上昇は、反応性酸素種の産生、およびPARP-1の直接MMA（III）阻害阻害阻害を介して誘導します。

Exposure of human bladder urothelial cells (UROtsa) to 50 nM of the arsenic metabolite, monomethylarsonous acid (MMA(III)), for 12 weeks results in irreversible malignant transformation. The ability of continuous, low-level MMA(III) exposure to cause an increase in genotoxic potential by inhibiting repair processes necessary to maintain genomic stability is unknown. Following genomic insult within cellular systems poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1), a zinc finger protein, is rapidly activated and recruited to sites of DNA strand breaks. When UROtsa cells are continuously exposed to 50 nM MMA(III), PARP-1 activity does not increase despite the increase in MMA(III)-induced DNA single-strand breaks through 12 weeks of exposure. When UROtsa cells are removed from continuous MMA(III) exposure (2 weeks), PARP-1 activity increases coinciding with a subsequent decrease in DNA damage levels. Paradoxically, PARP-1 mRNA expression and protein levels are elevated in the presence of continuous MMA(III) indicating a possible mechanism to compensate for the inhibition of PARP-1 activity in the presence of MMA(III). The zinc finger domains of PARP-1 contain vicinal sulfhydryl groups which may act as a potential site for MMA(III) to bind, displace zinc ion, and render PARP-1 inactive. Mass spectrometry analysis demonstrates the ability of MMA(III) to bind a synthetic peptide representing the zinc-finger domain of PARP-1, and displace zinc from the peptide in a dose-dependent manner. In the presence of continuous MMA(III) exposure, continuous 4-week zinc supplementation restored PARP-1 activity levels and reduced the genotoxicity associated with MMA(III). Zinc supplementation did not produce an overall increase in PARP-1 protein levels, decrease the levels of MMA(III)-induced reactive oxygen species, or alter Cu-Zn superoxide dismutase levels. Overall, these results present two potential interdependent mechanisms in which MMA(III) may increase the susceptibility of UROtsa cells to genotoxic insult and/or malignant transformation: elevated levels of MMA(III)-induced DNA damage through the production of reactive oxygen species, and the direct MMA(III)-induced inhibition of PARP-1.