Gender differences in age-related decline in DNA double-strand break damage and repair in lymphocytes

Summary

DNA repair capacity has been suggested to be a genetic mechanism which influences the rate of ageing and length of life. We recently reported an age-related decline in DNA double-strand break (DSB) repair in unstimulated human lymphocytes (Mayer, Lange, Bradley, and Nichols 1989, 1990). In that work peripheral lymphocytes isolated from whole blood donated by 20 normal, healthy subjects aged 23–78 years, were X-irradiated (30 Gy) on ice and incubated at 37°C for repair times of 15, 30, and 120 min, and neutral filter elution was used to assay DSB induction and completeness of DSB rejoining. Further analysis reveals that the decrease in DSB rejoining appears to be more pronounced in older women than in older men (and may begin after age 65 years). Moreover the reported age-related decline in DSB induction occurs more rapidly (by a factor of ca. 2) in women than in men. We had previously demonstrated that, independently of in vivo age, cells with lower radiosensitivity (i.e. lesser DSB induction) appear to be less repair-proficient (Mayer et al. 1990). The present analysis reveals a gender-specific pattern in this correlation between extent of DSBs induced and percentage of DSBs rejoined: at comparable levels of DSB induction, cells from men rejoin a higher percentage of DSBs than do cells from women. This preliminary study suggests the following hypothesis: age-related DSB effects (i.e. induction and rejoining) are due to changes in chromatin structure and males are less sensitive than females to the influence which age-related alterations in chromatin exert on DSB effects.

Zusammenfassung

Es wird angenommen, daß die DNA-Reparatur Kapazität ein genetischer Mechanismus ist, der die Alterungsrate und die Länge des Lebens beeinflußt. Wir haben kürzlich über eine altersabhängige Abnahme in der Reparatur der DNA Doppelstrangbrüche (DSB) in unstimulierten menschlichen Lymphozyten berichtet (Mayer, Lange, Bradley und Nichols 1989, 1990). In dieser Arbeit wurden periphere Lymphozyten, die aus dem Vollblut von 20 normalen Spendern gewonnen wurden, einer Röntgenbestrahlung (30 Gy) auf Eis ausgesetzt und bei 37°C für Reparaturzeiten von 15, 30 und 120 min inkubiert; zum Assay der DSB Induktion sowie der Vollständigkeit der Wiedervereinigung der DSBs wurde eine Neutral-Filterelution benutzt. Eine weitere Analyse zeigte, daß die Abnahme der Wiedervereinigung der DSBs bei älteren Frauen ausgeprägter zu sein scheint als bei älteren Männern (und nach dem 65. Lebensjahr beginnen könnte). Darüber hinaus tritt die altersabhängige Abnahme in der DSB Induktion bei Frauen schneller auf (mit einem Faktor von ca. 2) als bei Männern. Bereits früher wurde gezeigt daß — unabhängig vom in vivo Alter — Zellen mit geringerer Radiosensitivität (d.h. geringerer DSB Induktion) weniger reparaturtüchtig sind (Mayer et al. 1990). Die vorliegende Analyse zeigt ein geschlechtsspezifisches Muster in dieser Korrelation zwischen dem Ausmaß der induzierten DSBs und dem Prozentsatz wiedervereinigter DSBs: bei vergleichbaren Graden von DSB Induktionen läßt sich in Zellen von Männern ein höherer Prozentsatz wiedervereinigter DSBs beobachten als in Zellen von Frauen. Diese vorläufige Studie führt zu folgender Hypothese: altersabhängige DSB Effekte (z.B. Induktion und Wiedervereinigung) sing das Ergebnis von Veränderungen in der Chromatinstruktur, und Männer sind weniger sensitiv als Frauen gegenüber Einflüssen, die altersabhängige Veränderungen des Chromatins auf DSB Effekte ausüben.

Résumé

On a suggéré que la capacité de réparation de l'ADN est un mécanisme génétique qui influence le rhythme du vieillissement et la durée de la vie. Nous avons récemment décrit un déclin lié `a l'ˆage, de la réparation des cassures de la double bande d'ADN (CBD) dans des lymphocytes humains non stimulés (Mayer, Lange, Bradley et Nichols 1989, 1990). Dans cette étude, des lymphocytes périphériques isolés du sang total donné par 20 sujets normaux et en bonne santé ˆagés de 23 `a 78 ans, ont été irradiés par rayons X (30gy) sur glace et incubés `a 37°C pour des temps de réparation de 15, 30, et 120 mn et une élution sur filtre neutre a été utilisée pour observer l'induction de la CDB et l'ach`evement de la jonction de la CDB. Des analyses ultérieures rév`elent que la diminution de la jonction de la CDB parait plus prononcée chez les femmes ˆagées que chez les hommes ˆagés (et peut commencer apr`es 65 ans). De plus, le déclin de l'induction de la CDB selon l'ˆage se produit plus rapidement (par un facteur de ca. 2) chez les femmes que chez les hommes. Nous avions antérieurement démontré qu'indépendemment de l'ˆage in vivo, les cellules avec une moindre radiosensibilité (c'est `a dire moins d'induction de la CDB), paraissaient ˆetre moins aptes `a se réparer (Mayer et al. 1990). La présente analyse rév`ele une typologie sexuelle spécifique dans cette corrélation entre quantité d'induction de la CDB et pourcentage de jonction de la CDB: `a des niveaux comparables d'induction de la CDB, les cellules des hommes op`erent un plus grand pourcentage de jonction de la CDB que celles des femmes. Cette étude préliminaire sugg`ere l'hypoth`ese suivante: les effets liés `a l'ˆage de la CDB (c'est `a dire induction et jonction) sont dus aux changements de la structure de la chromatine et les hommes sont moins sensibles que les femmes `a l'influence que les altérations de la chomatine liées `a l'ˆage exercent sur les effets de la CDB.