Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1036110.32607/20758251-2017-9-4-31-41ReviewsОбзорыResearch ArticleGenome Stability Maintenance in Naked Mole-RatПоддержание стабильности генома у Heterocephalus glabePetrusevaI. O.ПетрусеваИ. O.
Russian Federation
lavrik@niboch.nsc.ruEvdokimovA. N.ЕвдокимовA. Н.
Russian Federation
lavrik@niboch.nsc.ruLavrikO. I.ЛаврикO. И.
Russian Federation
lavrik@niboch.nsc.ruInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНNovosibirsk State UniversityНовосибирский национальный исследовательский государственный университет Министерства образования и науки РФAltai State UniversityАлтайский государственный университет Министерства образования и науки РФ1512201794VOL 9, NO4 (2017)ТОМ 9, №4 (2017)314117012020Copyright ©; 2017, Petruseva I.O., Evdokimov A.N., Lavrik O.I.Copyright ©; 2017, Петрусева И.O., Евдокимов A.Н., Лаврик O.И.2017Petruseva I.O., Evdokimov A.N., Lavrik O.I.Петрусева И.O., Евдокимов A.Н., Лаврик O.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10361

The naked mole-rat (Heterocephalus glaber) is one of the most promising models used to study genome maintenance systems, including the effective repair of damage to DNA. The naked mole-rat is the longest lived rodent species, which is extraordinarily resistant to cancer and has a number of other unique phenotypic traits. For at least 80% of its lifespan, this animal shows no signs of aging or any increased likelihood of death and retains the ability to reproduce. The naked mole-rat draws the heightened attention of researchers who study the molecular basis of lengthy lifespan and cancer resistance. Despite the fact that the naked mole-rat lives under genotoxic stress conditions (oxidative, etc.), the main characteristics of its genome and proteome are a high stability and effective functioning. Replicative senescence in the somatic cells of naked mole-rats is missing, while an additional p53/pRb-dependent mechanism of early contact inhibition has been revealed in its fibroblasts, which controls cell proliferation and its mechanism of arf-dependent aging. The unique traits of phenotypic and molecular adaptations found in the naked mole-rat speak to a high stability and effective functioning of the molecular machinery that counteract damage accumulation in its genome. This review analyzes existing results in the study of the molecular basis of longevity and high cancer resistance in naked mole-rats.

Heterocephalus glaber (голый землекоп) - одна из перспективных моделей для изучения функционирования систем поддержания стабильности генома, в том числе и за счет эффективной репарации повреждений ДНК. H. glaber отличается высокой продолжительностью жизни, повышенной устойчивостью к раковым заболеваниям и рядом других уникальных фенотипических черт. На протяжении по крайней мере 80% жизни это животное не проявляет признаков старения и сохраняет способность к размножению. H. glaber привлекает большое внимание исследователей, занятых изучением молекулярных основ высокой продолжительности жизни и устойчивости к развитию опухолей. Несмотря на то что H. glaber обитает в условиях постоянного генотоксического (окислительного и др.) стресса, его геном и протеом отличаются стабильностью и эффективностью функционирования. В соматических клетках H. glaber отсутствует «репликативное» старение, при этом в фибробластах существует дополнительный p53/pRb-зависимый механизм раннего контактного торможения, контролирующий пролиферацию клеток, а также механизм их arf-зависимого старения. Уникальные фенотипические черты и выявленные особенности функционирования генома, транскриптома и протеома, присущие H. glaber, указывают на высокую прочность и эффективное функционирование молекулярных машин, противостоящих накоплению повреждений в его геноме. В представленном обзоре проанализированы результаты изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе высокой продолжительности жизни H. glaber и его способности сопротивляться развитию опухолей.

Heterocephalus glabercancer resistancegenome and proteome stabilityDNA repairHeterocephalus glaberонкоустойчивостьстабильность генома и протеомарепарация ДНКThis work was supported by the Russian Science Foundation (grant No. 14-24-00038).Работа поддержана Российским научным фондом (грант № 14-24-00038).[1] Scharer O.D. // Angew. Chem. Int. 2003, V.42, №26, P.2946-2974[2] Vijg J., Suh Y. // Annu. Rev. Physiol. 2013, V.75, P.645-668[3] Hoeijmakers J.H.J. // N. Engl. J. Med. 2009, V.361, №15, P.1475-1485[4] Friedberg E.C., Aguilera A., Gellert M., Hanawalt P.C., Hays J.B., Lehmann A.R., Lindahl T., Lowndes N., Sarasin A., Wood R.D. // DNA Repair (Amst.). 2006, V.5, №8, P.986-996[5] Hanawalt P.C. // Mech. Ageing Dev. 2008, V.129, P.503-505[6] Promislow D.E. // J. Theor. Biol. 1994, V.170, P.291-300[7] Kogan V., Molodtsov I., Menshikov L.I., Reis R.J.S., Fedichev P. // Sci. Repts. 2015, V.5, №13589, P.1-12[8] Hart R.W., Sacher G.A., Hoskins T.L. // J. Gerontol. 1979, V.34, P.808-817[9] Salmon A.B., Ljungman M., Miller R.A. // J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2008, V.63, №3, P.219-231[10] Hanawalt P.C. // Environ. Mol. Mutagen. 2001, V.38, №23, P.89-96[11] Begall S., Burda H., Schleich C. // Subterranean Rodents: News from Underground. Berlin Heidelberg: Springer, 2007 2007[12] Gorbunova V., Seluanov A., Mao Z., Hine C. // Nucleic Acids Research 2007, V.35, №22, P.7466-7474[13] Buffenstein R. // J. Comp. Physiol. B. 2008, V.178, №4, P.439-445[14] Gorbunova V., Bozzella M.J., Seluanov A. // AGE. 2008, V.30, №2, P.111[15] Liang S., Mele J., Wu Y., Buffenstein R., Hornsby P.J. // Aging Cell. 2010, V.9, №4, P.626-635[16] Delaney M.A., Ward J.M., Walsh T.F., Chinnadurai S.K., Kerns K., Kinsel M.J., Treuting P.M. // Vet. Pathol. 2016, V.53, №3, P.691-696[17] Kim E.B., Fang X., Fushan A.A., Huang Z., Lobanov A.V., Han L., Marino S.M., Sun X., Turanov A.A., Yang P. // Nature 2011, V.479, №7372, P.223-227[18] Keane M., Craig T., Alfoldi J., Berlin A.M., Johnson J., Seluanov A., Gorbunova V., Di Palma F., Lindblad-Toh K., Church G.M. // Bioinformatics. 2014, V.30, №24, P.3558-3560[19] Yu C., Li Y., Holmes A., Szafranski K., Faulkes C.G., Coen C.W., Buffenstein R., Platzer M., de Magalhas J., Church G.M. // PLoS One. 2011, V.6, №11, e26729[20] MacRae S.L., Zhang Q., Lemetre C., Seim I., Calder R.B., Hoeijmakers J., Suh Y., Gladyshev V.N., Seluanov A., Gorbunova V. // Aging Cell. 2015, V.14, №2, P.288-291[21] Seluanov A., Hine C., Bozzella M., Hall A., Sasahara T.H., Ribeiro A.A., Catania K.C., Presgraves D.C., Gorbunova V. // Aging Cell. 2008, V.7, №6, P.813-823[22] Perez V.I., Buffenstein R., Masamsetti V., Leonard S., Salmon A.B., Mele J., Andziak B., Yang T., Edrey Y., Friguet B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, V.106, №9, P.3059-3064[23] Rubtsova M.P., Vasilkova D.P., Malyavko A.N., Naraikina Y., Zvereva M.I., Dontsova O.A. // Acta Naturae. 2012, V.4, №2, P.44-61[24] Gomes N.M.V., Ryder O.A., Houck M.L., Charter S.J., Walker W., Forsyth N.R., Austad S.N., Venditt C., Pagel M., Shay J.W. // Aging Cell. 2011, V.10, №5, P.761-768[25] Gorbunova V., Seluanov A. // Mech. Ageing Dev. 2009, V.130, №12, P.3-9[26] Evfratov S.A., Smekalova E.M., Golovin A.V., Logvina N.A., Zvereva M.I., Dontsova O.A. // Acta Naturae. 2014, V.6, №2, P.41-47[27] Hong M.G., Myers A.J., Magnusson P.K., Prince J.A. // PLoS One. 2008, V.3, №8, e3024[28] Lewis K.N., Soifer I., Melamud E., Roy M., McIsaac R.S., Hibbs M., Buffenstein R. // Mammalian Genome. 2016, V.27, P.259-278[29] Delsuc F., Tilak M.K. // Genome Biol. Evol. 2015, V.7, №3, P.768-774[30] Davies K.T., Bennett N.C., Tsagkogeorga G., Rossiter S.J., Faulkes C.G. // Mol. Biol. Evol. 2015, V.32, №12, P.3089-3097[31] Seluanov A., Hine C., Azpurua J., Feigenson M., Bozzella M., Mao Z., Catania K.C., Gorbunova V. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, V.106, №46, P.19352-19357[32] Faulkes C.G., Davies K.T.J., Rossiter S.J., Bennett N.C. // Biol. Lett. 2015, V.11, №20150185, P.1-8[33] Tian X., Azpurua J., Hine C., Vaidya A., Myakishev-Rempel M., Ablaeva J., Mao Z., Nevo E., Gorbunova V., Seluanov A. // Nature 2013, V.499, №7458, P.346-349[34] Manov I., Hirsh M., Iancu T.C., Malik A., Sotnichenko N., Band M., Avivi A., Shams I. // BMC Biol. 2013, V.11, №91, P.1-17[35] Mullins D.N., Crawford E.L., Khuder S.A., Hernandez D.A., Yoon Y., Willey J.C. // BMC Cancer. 2005, V.5, P.141[36] Haring S.J., Humphreys T.D., Wold M.S. // Nucleic Acids Research 2010, V.38, №3, P.846-858[37] Kemp M.G., Mason A.C., Carreira A., Reardon J.T., Haring S.J., Borgstahl G.E.O., Kowalczykowski S.C., Sancar A., Wold M.S. // J. Biol. Chem. 2010, V.285, №7, P.4788-4797[38] Mason A.C., Roy R., Simmons D.T., Wold M.S. // Biochemistry. 2010, V.49, №28, P.5919-5928[39] MacRae S.L., Croken M.M., Calder R.B., Aliper A., Milholland B., White R.R., Zhavoronkov A., Gladyshev V.N., Seluanov A., Gorbunova V. // Aging (Albany NY). 2015, V.7, №12, P.1171-1184[40] Christmann M., Kaina B. // Nucleic Acids Research 2013, V.41, №18, P.8403-8420[41] Buzdin A.A., Zhavoronkov A.A., Korzinkin M.B., Venkova L.S., Zenin A.A., Smirnov P.Y., Borisov N.M. // Front. Genet. 2014, V.5, P.1-20[42] Abercrombie M. // Nature 1979, V.281, №5729, P.259-262[43] Serrano M., Hannon G.J., Beach D. // Nature 1993, V.366, №6456, P.704-707[44] Hannon G.J., Beach D. // Nature 1994, V.371, №6494, P.257-261[45] Quelle D.E., Zindy F., Ashmun R.A., Sherr C.J. // Cell. 1995, V.83, №6, P.993-1000[46] Serrano M., Lin A.W., McCurrach M.E., Beach D., Lowe S.W. // Cell. 1997, V.88, №5, P.593-602[47] Gil J., Peters G. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, V.7, №9, P.667-677[48] Campisi J. // Aging Cell. 2008, V.7, №3, P.281-284[49] Tian X., Azpurua J., Ke Z., Augereau A., Zhang Z.D., Vijg J., Gladyshev V.N., Gorbunova V., Seluanov A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015, V.112, №4, P.1053-1058[50] Cowman M.K., Lee H.G., Schwertfeger K.L., McCarthy J.B., Turley E.A. // Front. Immunol. 2015, V.6, №261, P.1-8[51] Schwertfeger K.L., Cowman M.K., Telmer P.G., Turley E.A., McCarthy J.B. // Front. Immunol. 2015, V.6, P.236[52] Miyawaki S., Kawamura Y., Hachiya T., Shimizu A., Miura K. // Inflammation Regeneration. 2015, V.35, №1, P.42-50[53] Miyawaki S., Kawamura Y., Oiwa Y., Shimizu A., Hachiya T., Bono H., Koya I., Okada Y., Kimura T., Tsuchiya Y. // Nat. Commun. 2016, V.7, P.11471[54] Martel C., Batsche E., Harper F., Cremisi C. // Cell Death Differ. 1996, V.3, P.285-298[55] Morgenbesser S.D., Williams B.O., Jacks T., DePinho R.A. // Nature 1994, V.371, P.72-74[56] Shams I., Malik A., Manov I., Joel A., Band M., Avivi A. // J. Mol. Biol. 2013, V.425, №7, P.1111-1118[57] Ashur-Fabian O., Avivi A., Trakhtenbrot L., Adamsky K., Cohen M., Kajakaro G., Joel A., Amariglio N., Nevo E., Rechavi G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004, V.101, №33, P.12236-12241[58] Avivi A., Ashur-Fabian O., Joel A., Trakhtenbrot L., Adamsky K., Goldstein I., Amariglio N., Rechavi G., Nevo E. // Oncogene. 2007, V.26, №17, P.2507-2512[59] Malik A., Korol A., Weber M., Hankeln T., Avivi A., Band M. // BMC Genomics. 2012, V.13, P.1-20[60] Band M., Ashur-Fabian O., Avivi A. // Cell Cycle. 2010, V.9, №16, P.3347-3452[61] Salmon A.B., Sadighi A.A., Buffenstein R., Miller R.A. // J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 2008, V.63, P.232-241[62] Labinskyy N., Csiszar A., Orosz Z., Smith K., Rivera A., Buffenstein R. // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2006, V.291, P.2698-2704[63] Azpurua J., Ke Z., Chen I.X., Zhang Q., Ermolenko D.N., Zhang Z.D., Gorbunova V., Seluanov A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013, V.110, №43, P.17350-17355[64] Fang X., Seim I., Huang Z., Gerashchenko M.V., Xiong Z., Turanov A.A., Zhu Y., Lobanov A.V., Fan D., Yim S.H. // Cell Reports. 2014, V.8, №5, P.1354-1364[65] Melen G.J., Pesce C.G., Rossi M.S., Kornblihtt A.R. // EMBO J. 1999, V.18, №11, P.3107-3118[66] Winnebeck E.C., Millar C.D., Warman G.R. // J. Insect Sci. 2010, V.10, P.1-7[67] McCarthy S.D., Dugon M.M., Power A.M. // Peer J. 2015, V.3, P.e1436[68] Ishikawa H., Newburgh R.W. // J. Mol. Biol. 1972, V.64, №1, P.135-144[69] Fujiwara H., Ishikawa H. // Nucleic Acids Research 1986, V.14, №16, P.6393-6401[70] Yadavalli S.S., Ibba M. // Adv. Protein Chem. Struct. Biol. 2012, V.86, P.1-43[71] Nystrom T. // EMBO J. 2005, V.24, P.1311-1317[72] Andziak B., O’Connor T.P., Buffenstein R. // Mech. Ageing Dev. 2005, V.126, №11, P.1206-1212[73] Kasaikina M.V., Lobanov A.V., Malinouski M.Y., Lee B.C., Seravalli J., Fomenko D.E., Turanov A.A., Finney L., Vogt S., Park T.J. // J. Biol. Chem. 2011, V.286, №19, P.17005-17014[74] Andziak B., O’Connor T.P., Qi W., DeWaal E.M., Pierce A., Chaudhuri A.R., van Remmen H., Buffenstein R. // Aging Cell. 2006, V.5, №6, P.463-471[75] De Waal E.M., Liang H., Pierce A., Hamilton R.T., Buffenstein R., Chaudhuri A.R. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013, V.434, №4, P.815-819[76] Bhattacharya A., Leonard S., Tardif S., Buffenstein R., Fischer K.E., Richardson A., Austad S.N., Chaudhuri AR. // Aging Cell. 2011, V.10, №4, P.720-723[77] Andziak B., Buffenstein R. // Aging Cell. 2006, V.5, №6, P.525-232[78] Novikov E.A., Kondratyuk E. Yu., Burda H. // Zoologicheskiy zhurnal. 2015, V.94, №1, P.119-124[79] Sorokin A.V., Kim E.R., Ovchinnikov L.P. // Biochemistry (Moscow). 2009, V.74, №13, P.1411-1442[80] Rodriguez K.A., Edrey Y.H., Osmulski P., Gaczynska M., Buffenstein R. // PLoS One. 2012, V.7, №5, e35890[81] Rodriguez K.A., Osmulski P.A., Pierce A., Weintraub S.T., Gaczynska M., Buffenstein R. // Biochim. Biophys. Acta. 2014, V.1842, №11, P.2060-2072[82] Sottrup-Jensen L. // J. Biol. Chem. 1989, V.264, №20, P.11539-11542[83] Birkenmeier G., Muller R., Huse K., Forberg J., Glaser C., Hedrich H., Nicklisch S., Reichenbach A. // Exp. Neurol. 2003, V.184, №1, P.153-161[84] Borth W. // FASEB J. 1992, V.6, №15, P.3345-3353[85] Isaac L., Florido M.P., Fecchio D., Singer L.M. // Inflamm Res. 1999, V.48, №8, P.446-452[86] Thieme R., Kurz S., Kolb M., Debebe T., Holtze S., Morhart M., Huse K., Szafranski K., Platzer M., Hildebrandt T.B. // PLoS One. 2015, V.10, №6, e0130470[87] Lewis K.N., Wason E., Edrey Y.H., Kristan D.M., Nevo E., Buffenstein R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015, V.112, №12, P.3722-3727[88] Grube K., Bürkle A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992, V.89, №24, P.11759-11763[89] Hodyreva S.N., Lavrik O.I. // Molecular Biology. 2016, V.50, №4, P.655-673[90] Skulachev V.P., Holtze S., Vyssokikh M.Y., Bakeeva L.E., Skulachev M.V., Markov A.V., Hildebrandt T.B., Sadovnichii V.A. // Physiol. Rev. 2017, V.97, №2, P.699-720[91] Dziegelewska M., Holtze S., Vole C., Wachter U., Menzel U., Morhart M., Groth M., Szafranski K., Sahm A., Sponholz C., Dammann P., Huse K., Hildebrandt T., Platzer M. // Redox Biol. 2016, V.8, P.192-198[92] Ma S., Upneja A., Galecki A., Tsai Y.M., Burant C.F., Raskind S., Zhang Q., Zhang Z.D., Seluanov A., Gorbunova V. // Elife. 2016, V.5.pii, e19130