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Free Radic Biol Med ; 81: 77-87, 2015 Apr.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-25578653

RESUMO

Mammalian cells are able to sense environmental oxidative and genotoxic conditions such as the environmental low-dose ionizing radiation (LDIR) present naturally on the earth's surface. The stressed cells then can induce a so-called radioadaptive response with an enhanced cellular homeostasis and repair capacity against subsequent similar genotoxic conditions such as a high dose radiation. Manganese superoxide dismutase (MnSOD), a primary mitochondrial antioxidant in mammals, has long been known to play a crucial role in radioadaptive protection by detoxifying O2(•-) generated by mitochondrial oxidative phosphorylation. In contrast to the well-studied mechanisms of SOD2 gene regulation, the mechanisms underlying posttranslational regulation of MnSOD for radioprotection remain to be defined. Herein, we demonstrate that cyclin D1/cyclin-dependent kinase 4 (CDK4) serves as the messenger to deliver the stress signal to mitochondria to boost mitochondrial homeostasis in human skin keratinocytes under LDIR-adaptive radioprotection. Cyclin D1/CDK4 relocates to mitochondria at the same time as MnSOD enzymatic activation peaks without significant changes in total MnSOD protein level. The mitochondrial-localized CDK4 directly phosphorylates MnSOD at serine-106 (S106), causing enhanced MnSOD enzymatic activity and mitochondrial respiration. Expression of mitochondria-targeted dominant negative CDK4 or the MnSOD-S106 mutant reverses LDIR-induced mitochondrial enhancement and adaptive protection. The CDK4-mediated MnSOD activation and mitochondrial metabolism boost are also detected in skin tissues of mice receiving in vivo whole-body LDIR. These results demonstrate a unique CDK4-mediated mitochondrial communication that allows cells to sense environmental genotoxic stress and boost mitochondrial homeostasis by enhancing phosphorylation and activation of MnSOD.


Assuntos
Quinase 4 Dependente de Ciclina/genética , Queratinócitos/efeitos da radiação , Mitocôndrias/efeitos da radiação , Superóxido Dismutase/genética , Adaptação Fisiológica , Animais , Linhagem Celular , Ciclina D1/genética , Ciclina D1/metabolismo , Quinase 4 Dependente de Ciclina/metabolismo , Relação Dose-Resposta à Radiação , Regulação da Expressão Gênica , Humanos , Queratinócitos/citologia , Queratinócitos/enzimologia , Potencial da Membrana Mitocondrial/efeitos da radiação , Camundongos , Camundongos Endogâmicos BALB C , Mitocôndrias/enzimologia , Fosforilação Oxidativa , Fosforilação/efeitos dos fármacos , Tolerância a Radiação , Radiação Ionizante , Transdução de Sinais , Superóxido Dismutase/metabolismo , Irradiação Corporal Total
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