The Influence of Bromodeoxyuridine on the Induction and Repair of DNA Double-Strand Breaks in Glioblastoma Cells

Aims:

To examine the dose response of DNA damage and its modification by the radiosensitizer, 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU). The sensitizing mechanism is analyzed with regard to its influence on the induction and repair of DNA double-strand breaks (DSBs).

Material and Methods: Cells from three different human glioblastoma lines, A7, LH and U87MG, were X-irradiated with and without exposure to BrdU. DNA fragments were separated by field-inversion gel electrophoresis (FIGE) and quantified by fluorometry immediately and 24 h after irradiation.

Results: In all cell lines, the dose response followed a linear-quadratic rather than a purely linear function. BrdU-treated cells exhibited a significantly higher amount of mobile DNA. In repair experiments with and without BrdU, the amount of mobile DNA fell close to control values within 24 h.

Conclusions: The linear-quadratic model appropriately describes the X-ray-induced fragmentation of DNA. BrdU sensitizing acts predominantly by increasing DNA fragility, and not by impairing damage repair. The amount of DSBs persistent after 24 h of repair is minimal, even after highly cytotoxic doses. However, it appears to depend on the extent of initial damage, causing sensitized cells to retain more DSBs than unsensitized cells.

Ziel:

Bestimmung der Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen ionisierender Strahlung und DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Modulation der Schädigung durch den Strahlensensitizer 5-Brom-2'-desoxyuridin (BrdU). Analyse des Wirkmechanismus von BrdU im Hinblick auf Induktion und Reparatur von DSBs.

Material und Methode: Drei menschliche Glioblastomzelllinien, A7, LH und U87MG, wurden mit und ohne BrdU-Vorbehandlung röntgenbestrahlt. Die unmittelbar nach Exposition bzw. nach daran anschließender 24-stündiger Reparaturzeit vorliegenden DNA-Fragmente wurden mit der Feld-Inversions-Gelelektrophorese (FIGE) aufgetrennt und fluorometrisch quantifiziert.

Ergebnisse: In allen Zelllinien folgt die Dosis-Wirkungs-Beziehung eher einen linear-quadratischen als einer rein linearen Funktion. BrdU-behandelte Zellen zeigten vermehrt mobile DNA. Während des 24-stündigen Reparaturintervalls ging die Menge mobiler DNA mit und ohne Sensibilisierung nahezu auf Kontrollwerte zurück.

Schlussfolgerungen: Das linearquadratische Modell beschreibt in geeigneter Weise die durch Röntgenstrahlen verursachte DNA-Fragmentierung. Die Sensibilisierung dur BrdU erfolgt vorzugsweise durch Erhöhung der Bruchanfälligkeit der DNA, jedoch kaum durch Inhibition der DNA-Reparatur. Die Menge der nach 24-stündiger Reparatur fortbestehenden DSBs scheint vom Umfang der initialen Schäden abzuhängen, so dass nach Sensitizing leicht vermehrt Stranbrüche persistieren.