The application of functional tests to measure DNA repair capacity in molecular epidemiological studies

• Název práce v češtině: Uplatnění funkčních testů na měření DNA reparační kapacity v molekulárně epidemiologických studiích
• Název v anglickém jazyce: The application of functional tests to measure DNA repair capacity in molecular epidemiological studies
• Klíčová slova: DNA opravy, Molekularna epidemiologia
• Klíčová slova anglicky: DNA repair, Molecular epidemiology
• Akademický rok vypsání: 2006/2007
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: MUDr. Pavel Vodička, CSc., DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 21.03.2012
• Datum zadání: 21.03.2012
• Datum potvrzení stud. oddělením: 21.03.2012
• Datum odevzdání elektronické podoby: 13.09.2012
• Datum proběhlé obhajoby: 18.12.2012
• Oponenti: doc. MVDr. Aleš Hampl, CSc.

Předběžná náplň práce

DNA opravy sú životne dôležitým procesom živých organizmov. Zárodočné alebo somatické defekty DNA opráv sú pravdepodobným, ak nie nevyhnutným javom podmieňujúcim rozvoj nádorových ochorení. DNA opravy, ako multigénne a multifaktoriálne procesy, je možné fenotypovo charakterizovať pomocou komplexného parametru DNA reparačnej kapacity (DRC). DRC reprezentuje marker s vysokou informačnou hodnotou, pretože v sebe zahŕňa všetky genetické, epigenetické a negenetické faktory, ktoré úroveň DNA opráv modulujú. DRC tak reflektuje aktuálnu kapacitu bunky, tkaniva alebo celého organizmu chrániť integritu svojej DNA.
Táto doktorská práca bola zameraná na výskum DRC bázovej a nukleotidovej excíznej dráhy v rôznych typoch ľudských populácií s odlišnými charakteristikami. Cieľom práce bolo reflektovať niektoré podstatné otázky týkajúce sa využitia DRC v ľudských epidemiologických štúdiách a tým zistiť úroveň variability DNA opráv u zdravej populácie, odhaliť genetické a negenetické faktory, ktoré túto variabilitu podmieňujú, zistiť či dochádza k adaptačnej zmene DRC v reakcii na vysokú genotoxickú záťaž a, napokon, odhaliť vzťah medzi individuálnou hladinou DRC a rizikom vzniku nádorových ochorení. Za účelom naplnenia stanovených cieľov, DRC, s ohľadom na individuálnu genetickú a environmentálnu variabilitu jedincov, bola vyšetrovaná u zdravých ľudí, u pracovníkov chronicky exponovaných karcinogénom a u pacientov s novodiagnostikovaným sporadickým karcinómom. Z metodického hľadiska mala práca ďalší cieľ, ktorým bolo modifikovať a optimalizovať metódu kométového testu na meranie DRC v pevných tkanivách a pre jej širšie využitie vo veľkých epidemiologických štúdiách.
Hlavnými prínosmi doktorskej práce, ktorá je postavená na piatich publikáciách, sú novozískané poznatky o biologickej podstate DRC a rozšírenie metodických postupov jej stanovovania. Najdôležitejšími výstupmi sú: 1) Demonštrácia možnosti fenotypovo analyzovať DNA opravy aj vo veľkých epidemiologických štúdiách a na rôznom type a kvalite biologického materiálu, 2) Dôkaz o tom, že analýza DRC poskytuje komplexnú informáciu o aktivite DNA opráv, ktorá nie je v rovnakej komplexnosti detekovateľná analýzou jedného génu či transkriptu, 3) Zistenie významnej biologickej variability v DRC u zdravých ľudí, ktorá je ovplyvnená genetickou variabilitou v DNA reparačných génoch, intersexuálnymi rozdielmi a faktormi životného štýlu, 4) Pozorovanie nevýznamného rozdielu v DRC u ľudí chronicky exponovaných karcinogénom v porovnaní s kontrolnou populáciou, 5) Odhalenie nízkej opravnej aktivity a vysokého DNA poškodenia u pacientov s rakovinou, poukazujúceho na význam DRC v individuálnej vnímavosti na nádorové ochorenia a napokon 6) Aktualizácia kométového testu na meranie DRC v pevných tkanivách s 6-násobne vyššou výťažnosťou počtu vzoriek na analýzu nasledovaná 7) Vypracovaním prvej štúdie pojednávajúcej o DRC priamo v nádorovom tkanive.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

DNA repair is a vital process of a living organism. Inherited or acquired defects in DNA repair systems and cellular surveillance mechanisms are expected to be important, if not crucial factors in the development of human cancers. DNA repair is a multigene and multifactorial process which is most comprehensively characterized by the phenotypic evaluation of DNA repair capacity (DRC). DRC represents a complex marker with high informative value, as it comprises all genetic, epigenetic and non-genetic factors, by which it is modulated. Accordingly, DRC reflects the actual capability of the cell, tissue or organism to protect its DNA integrity.
The present PhD study was focused on investigating DRC, which specifically involves base and nucleotide excision repair pathways, in human populations with different characteristics. The main aim was to answer substantial questions on the possible use of DRC as biomarkers in epidemiological studies. The study was in fact designed to understand the extent of physiological variability of DRC in a population, its modulation by genetic and non-genetic factors, tentative adaptability to high genotoxic stress and, finally, its involvement in cancer aetiology. In order to explore these issues, DRC, in respect to genetic and environmental variability, was investigated in healthy subjects as well as in individuals with higher requirement for DNA stability maintenance, i.e. workers occupationally exposed to carcinogens, and in newly diagnosed cancer patients. Additionally, from a methodological aspect, the study was also aimed to ameliorate the comet-based repair assays for their wider applicability in human epidemiological studies.
The major outcomes of the PhD study, which are fully reported in the five publications included in the present Thesis, are: 1) The demonstration of feasibility to study phenotypically DRC in large-scale epidemiological studies on different types and quality of biological material, 2) Evidence that the marker of DRC provides fundamental information that cannot be obtained by single gene or single transcript analysis, 3) The observation of substantial biological variability in the DNA repair processes among healthy individuals which is modulated by the genetic variability in DNA repair genes and by the inter-sexual differences and lifestyle factors, 4) Lack of alteration of DRC by means of potential adaptive response to chronic exposure to high doses of carcinogens, 5) Proof of suboptimal activity of DNA repair and high level of DNA damage in cancer patients, showing the significance of DRC in the individual susceptibility to cancer, 6) An upgrade of comet repair assay by its optimization for DRC measurement in human solid tissues with 6-times higher yield number of samples per analysis, which was finally followed by 7) The achievement of a first study on DRC in cancer-target tissues and tumors.