Научная статья на тему 'ГЕНОТОКСИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ И ВОЗМОЖНОСТИ МОДИФИКАЦИИ НИКЕЛЬ-ИНДУЦИРОВАННОГО МУТАГЕНЕЗА В КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА'

ГЕНОТОКСИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ И ВОЗМОЖНОСТИ МОДИФИКАЦИИ НИКЕЛЬ-ИНДУЦИРОВАННОГО МУТАГЕНЕЗА В КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
174
38
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОЕДИНЕНИЯ НИКЕЛЯ / СЕСТРИНСКИЕ ХРОМАТИДНЫЕ ОБМЕНЫ / РЕПАРАЦИЯ ДНК / АНТИМУТАГЕНЕЗ

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Яковлева М. Н., Перминова Е. В.

У рабочих, контактирующих с соединениями никеля, установлено статистически значимое превышение уров-ней сестринских хроматидных обменов (СХО) и ингибирование процессов репарации ДНК в лимфоцитах в срав-нении с данными, полученными в контрольной группе. Прием рабочими витамина А (по 33000 МЕ/сут. в течение месяца) показал высокую антимутагенную эффек-тивность данного витамина, что выражалось в снижении уровней СХО и оптимизации работы системы репара-ции. Обнаружены различия в индивидуальной чувствительности рабочих к соединениям никеля и антимутагенно-му действию ретинола. Генотоксические эффекты никеля и антимутагенное действие рети нола подтверждены так-же в опытах in vitro с использованием клеток человека.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Яковлева М. Н., Перминова Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GENOTOXIC EFFECTS OF NICKEL COMPOUNDS ARID POSSIBLE MODIFICATION OF NICKEL-INDUCED MUTAGENESIS IN HUMAN CELLS

Workers in contact with nickel compounds showed a statistically significant excess of levels of sister chromatid exchanges (SCE) and inhibition of DNA reparation processes in lymphocytes as compared to data received in the control group. The administration of vitamin A (3300 ME/day during a month) to workers showed a high antimutagenic effectiveness of this vitamin which expressed in the decrease of SCO levels and optimization of the reparation system activity. Differences were found out in individual sensitiv-ity of workers to nickel compounds and retinol antimutagenic efect. Genotoxic effects of nickel and antimutagenic effect of retinol were also confirmed in experiments in vitro on human cells.

Текст научной работы на тему «ГЕНОТОКСИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ И ВОЗМОЖНОСТИ МОДИФИКАЦИИ НИКЕЛЬ-ИНДУЦИРОВАННОГО МУТАГЕНЕЗА В КЛЕТКАХ ЧЕЛОВЕКА»

УДК 575.224.2.044:546.74

М.Н.Яковлева*, Е.В.Перминова

ГЕНОТОКСИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОЕДИНЕНИЙ НИКЕЛЯ И ВОЗМОЖНОСТИ МОДИФИКАЦИИ НИКЕЛЬ-ИНДУЦИРОВАННОГО МУТАГЕНЕЗА В КЛЕТКАХ

ЧЕЛОВЕКА

Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Мурманская обл.

У рабочих, контактирующих с соединениями никеля, установлено статистически значимое превышение уровней сестринских хроматидных обменов (СХО) и ингибирование процессов репарации ДНК в лимфоцитах в сравнении с данными, полученными в контрольной группе.

Прием рабочими витамина А (по 33000 МЕ/сут. в течение месяца) показал высокую антимутагенную эффективность данного витамина, что выражалось в снижении уровней СХО и оптимизации работы системы репарации. Обнаружены различия в индивидуальной чувствительности рабочих к соединениям никеля и антимутагенному действию ретинола. Генотоксические эффекты никеля и антимутагенное действие ретинола подтверждены также в опытах in vitro с использованием клеток человека.

Ключевые слова: соединения никеля, сестринские хроматидные обмены, репарация ДНК, антимутагенез.

Введение. Среди наиболее значимых химических загрязнителей, входящих в перечень приоритетных, важное место занимают некоторые тяжелые металлы и их соединения, в частности, никель [3].

Никель и его соединения, с точки зрения воздействия на здоровье человека, представляют особую опасность, так как согласно классификации МАИР, относятся к канцерогенам I группы [11]. В связи с этим, оценка риска при контакте с соединениями никеля представляется особо актуальной. Кроме того, на сегодняшний день недостаточно ясны механизмы генотоксическо-го воздействия соединений никеля на клетки человека, и в связи с этим, не разработаны подходы снижения неблагоприятных эффектов никеля и его соединений.

Для снижения уровня повреждений, индуцированных генотоксикантами, могут использоваться антимутагены. Среди известных антимутагенов, наиболее перспективными, с точки зрения эффективности и безвредности для организма, многие исследователи считают витамины и их аналоги, в первую очередь, витамины А, С и Е, обладающие высоким антиоксидантным действием [2, 14 и др.].

Данная работа посвящена изучению геноток-сических эффектов соединений никеля в клетках человека и возможности модификации его мутагенного потенциала витамином А.

* Фрагмент диссертационной работы

Материалы и методы исследования. В качестве биомаркеров эффекта использовали цитогене-тический метод определения сестринских хроматидных обменов (СХО) и метод оценки репа-ративного синтеза ДНК (РС ДНК) в лимфоцитах периферической крови человека. Исследование проводили среди рабочих-добровольцев, занятых в процессе пирометаллургической переработки сульфидных медно-никелевых руд (п. Никель Мурманской области). Приоритетными загрязнителями для данного вида производства, исходя из оценки воздействия на геном, являются соединения никеля.

Путем анкетирования рабочих были получены данные (возраст, стаж работы, вредные привычки, наличие хронических заболеваний, особенности питания и др.), которые по данным литературы могут влиять на степень проявления генотоксических эффектов [16]. Контрольную группу формировали из лиц, профессионально неподвергающихся воздействию химических веществ и проживающих на территории, незагрязненной соединениями никеля (г. Апатиты). Отбор проб крови у добровольцев проводился медперсоналом в гепаринизированные пробирки (Venogect, Бельгия).

Для исследования уровней СХО культивирование лимфоцитов и окрашивание препаратов проводили по стандартной методике [4]. Для индукции РС ДНК в клетках человека применяли соль никеля NiSO4•6H2O с концентрацией 10-4 М и референс-мутаген УФ-

миметик — 4-нитрохинолин-1 -оксид (4НХО) с концентрацией 5-10-6 М. РС ДНК определяли жидкостно-сцинтилляционным методом по включению 3Н-тимидина в ДНК клеток. Для подавления репликативного синтеза в культуру вносили оксимочевину. Одновременно с мутагенами вводили ЗН-тимидин (3,7-105 Бк/мл) на 2 часа при 37°С. Клетки осаждали на нитроцеллюлозных фильтрах (1,2 мкм), затем помещали во флаконы со сцинтилляционной жидкостью. Об интенсивности РС ДНК судили по отношению радиоактивности в мутаген-обработанных клетках к радиоактивности в контрольных образцах, измеренной на сцин-тилляционном счетчике.

Анализ проб волос на содержание никеля выполняли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной аргоновой плазмой.

Полученные результаты обрабатывались с помощью математического аппарата программы Statistica 6.0. Для сравнения выборок и корреляционного анализа использовали непараметрические методы статистики.

В экспериментах in vitro использовали фибро-бласты линии рабдомиосаркомы (RD) и лимфоциты человека. Критериями оценки служили: выживаемость клеток, показатели реплика-тивного (РлС ДНК) и РС ДНК при воздействии соли никеля NiSO4 в диапазоне концентраций 10-4—10-6 М и у-излучения (1, 5, 10 Гр) (источник — 137Cs с мощностью дозы 486 рад/мин, установка ГУП0С-800, ИОГен им. Н.И.Вавилова РАН).

Для оценки протекторного действия витамина А in vitro использовали водорастворимую форму ретинола ацетата с концентрацией 2 мкг/мл. Витамин с такой концентрацией проявил наилучший протекторный эффект в ранее проведенных опытах [9]. Клетки обрабатывали витамином перед воздействием мутагенов. В контрольных образцах схема опыта была той же самой, но без обработки витамином.

В качестве ингибитора активности цитозоль-ной формы супероксиддисмутазы (СОД) использовали — триэтилентетрамин (ТРИЕН). Клетки обрабатывали ТРИЕНом (10—ЗМ) в течение одного часа перед обработкой клеток мутагенами. В контрольных образцах схема опыта была той же самой, но без обработки мутагенами (NiSO4 или у-излучение). Для определения достоверности различий экспериментальных данных in vitro использовали t-критерий Стъюдента для независимых и зависимых выборок.

Результаты и обсуждение. В лимфоцитах рабочих (п = 13) уровень СХО составил по медиане 9,7 СХО/клетку, в контрольной группе — 7,7 СХО/клетку. Использование непараметрического и-критерия Манна-Уитни позволило обнаружить статистически значимые различия между уровнями СХО в группе рабочих и контроле (р = 0,001). Анализ корреляционной зависимости показал отсутствие связи между количеством СХО и стажем работы в плавильном цехе, возрастом и приемом алкоголя, которые по данным литературы могут влиять на уровни СХО.

Курение модифицировало генотоксические эффекты никеля в сторону повышения уровней СХО у курящих рабочих. Количество СХО в лимфоцитах курящих лиц составило по медиане 10,0 СХО/клетку, в лимфоцитах некурящих рабочих — 8,6 СХО/клетку (р = 0,04). Способность курения модифицировать индивидуальную чувствительность была обнаружена в лимфоцитах лиц, контактирующих с диэпоксибутаном [13]. Известно, что существует индивидуальная чувствительность к факторам курения, связанная с полиморфизмом генов, кодирующих ферменты детоксикации. Показано, что в лимфоцитах курящих доноров с GSTM1-нулевым генотипом образуется больше СХО, чем в лимфоцитах курящих доноров с GSTM1-положительным генотипом [15].

В тесте по РС ДНК установлено, что у рабочих в 56% случаев наблюдалось ингибирование РС ДНК (значения менее 1,0), индуцированного 4НХО (в контрольной группе — 33%) и в 63% случаев — в опытах с NiSO4 (в контроле — 31%). Ингибирование репаративной активности в лимфоцитах рабочих, по-видимому, объясняется тем, что соединения никеля, с которыми контактируют рабочие, способны подавлять ДНК-репарацию. Имеются сведения, подтверждающие данное предположение [5, 12].

Для оценки вклада свободнорадикальных механизмов в проявления генотоксических эффектов соединений никеля были проведены опыты с NiSO4 и у-лучами, при ингибировании одного из ключевых ферментов антиоксидантной системы — супероксиддисмутазы (СОД), по нескольким критериям — тесту клеточной выживаемости, определению РС ДНК и РлС ДНК в клетках человека. При этом наблюдались аналогичные результаты: усиление цито- и генотокси-ческих эффектов обоих мутагенов при ингиби-ровании активности СОД [8].

у-Радиация — мутагенный фактор с известным механизмом действия — индукцией свобод-

норадикальных процессов. Аналогичные результаты, полученные в опытах с у-лучами и NiSO4, могут свидетельствовать о наличии общих путей повреждающего действия для этих геноток-сикантов. Очевидно, гиперпродукция супероксидного радикала, вызванная ингибировани-ем СОД, усиливает цитотоксичные свойства использованных мутагенов. При этом не исключено, что могут запускаться новые пути образования активных форм кислорода (АФК) — гидрок-сильного радикала, пероксида и других АФК, обладающих генотоксическими свойствами [12]. Данное предположение согласуется с результатами экспериментов, в которых клетки обрабатывались супероксидгенерирующей системой, при этом повышение уровней структурных перестроек хромосом предупреждалось введением СОД в культуральную среду [6].

В экспериментах in vitro по изучению влияния витамина А на выживаемость фибро-бластов при воздействии сульфата никеля и у-излучения было выявлено протекторное влияние ретинола, что выражалось в снижении ци-тотоксических эффектов обоих использованных мутагенов. Кроме того, предобработка клеток ретинолом повышала уровень репликатив-ного синтеза ДНК, сниженного воздействием соли никеля. По-видимому, стимуляцию ре-пликативного синтеза ДНК ретинолом в клетках, обработанных солью никеля, можно объяснить тем, что ретинол, задерживая пресин-тетическую фазу клеточного цикла, приводит к накоплению клеток, затем начинается репликация ДНК и обнаруживается стимуляция синтеза ДНК за счет увеличения числа клеток. Это предположение согласуется с данными других исследований [11].

Анализ модифицирующего действия ретинола на РС ДНК выявил общую закономерность как для NiSO4, так и для у-радиации, которая

..............т

У т

у • 4

т

до витамина после витамина |-1

после витамина до витамина Min—Max

Рабочие, n = 9 Контроль, n = 9

Рис. Влияние приема витамина А на формирование СХО в лимфоцитах рабочих и лиц контрольной группы

выражалась в снижении ретинолом индуцированной мутагенами репарации ДНК.

Результаты экспериментов по изучению антимутагенного потенциала витамина А, в том числе собственных, и эффективность его применения среди рабочих, контактирующих с мутагенными соединениями кадмия и молибдена [7], послужили основанием для использования данного витамина среди рабочих, для которых ранее были получены цитогенетические данные.

Рабочие и контрольная группа принимали витамин А (ретинола ацетат, СП «Минскинтер-капс», Республика Беларусь) по одной капсуле (33000 МЕ) ежедневно в течение одного месяца. Дозы витаминов определяли на основании ранее полученных результатов эпидемиологических и экспериментальных исследований [1, 7].

Сравнительный анализ показал, что количество СХО в лимфоцитах рабочих после приёма ретинола достоверно уменьшилось (р = 0,01), в целом, на 25%, достигнув контрольных значений 7,5, что показано на рисунке.

Прием витамина А оказал также оптимизирующее действие на систему репарации — от стимуляции репарации ДНК до ингибирования при относительно высоком исходном уровне РС ДНК. Это объясняется тем, что ретинол стабилизирует структуру молекулы ДНК, делая ее менее доступной для действия повреждающих факторов. В этом случае небольшое число разрывов будет сопровождаться невысоким уровнем РС ДНК, как было описано в опытах с СёС12 [17].

Небольшое увеличение РС ДНК в клетках рабочих после приема витамина, возможно, связано со стимуляцией ретинолом некоторых ферментных систем репарации, обеспечивающих восстановление индуцированных повреждений ДНК.

Изучение индивидуальной чувствительности рабочих к воздействию соединений никеля и антимутагенному действию ретинола показало модифицирующее влияние таких факторов, как курение, содержание никеля в волосах и стаж работы. При этом известно, что различный ответ организма на воздействие повреждающих факторов может быть связан с генетическим полиморфизмом, определяющим различия в индивидуальной чувствительности.

Выводы. 1. Обнаруженное в лимфоцитах рабочих пирометаллургического производства никеля достоверное увеличение частоты СХО в сравнении с контрольной группой и ингибиро-вание репаративных процессов свидетельствуют о генотоксических эффектах соединений никеля при профессиональной экспозиции.

2. Результаты экспериментальных данных in vitro показали участие супероксиддисмутазы в защите клеток человека от генотоксической активности соединений никеля и вклад свободно-радикальных механизмов в ДНК-повреждающее действие соединений никеля.

3. Прием рабочими ретинола (33000 МЕ/сут. в течение месяца) сопровождался достоверным снижением уровней СХО, что свидетельствует об антимутагенной активности витамина А, которая подтверждена также экспериментальными данными in vitro.

Список литературы

1. Дурнев А.Д. Модификация мутационного процесса в клетках человека // Вестник РАМН, 2001. — № 10. — С. 70-76.

2. Дурнев А.Д, Середенин С.Б. Мутагены (скрининг и фармакологическая профилактика воздействий). — М.: Медицина, 1998. — 328 с.

3. Курляндский Б.А. Стратегические подходы к обеспечению безопасности производства и использования химических веществ для здоровья человека //Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менеделеева, 2004. — Т. XLVIII. — № 2. — С. 8-15.

4. Лазутка Ю.С., Лекявичюс Р.К. Сестринские хроматидные обмены в лимфоцитах периферической крови человека — тест для оценки геноток-сичности химических загрязнителей окружающей среды. Метод. указания. — Вильнюс, 1984. — 54 с.

5. Перминова И.Н., Алехина Н.И., Синельщи-кова Т.А. и др. Формирование сестринских хрома-тидных обменов и репаративный синтез ДНК у рабочих, контактирующих с соединениями никеля //Генетика. 1997. — Т. 33. — № 4. — С. 556-560.

6. Cереденин С.Б., Дурнев А.Д. Фармакологическая защита генома. — М.: ВИНИТИ, 1992. — 161 с.

7. Чопикашвили Л.В. Генетико-гигиенические аспекты воздействий тяжелых металлов (Cd, Co, Mo) на организм человека и животных. Дис. докт. биол. наук. — М., 1993. — 290 с.

8. Яковлева М.Н., Синельщикова Т.А., Перми-нова И.Н. и др. Роль супероксиддисмутазы в поддержании клеточного гомеостаза при воздействии Y-излучения и сульфата никеля // Радиобиология. Радиоэкология, 2002. — № 42. —№ 3. — С. 299-301.

9. Badr F.M., El-Habit O.H.M., Hamdy M. et al. The mutagenic versus protective role of vitamin A on the induction of chromosomal aberration in human lymphocyte cultures // Mutat.Res., 1998. — V. 414. — P. 157-163.

10. De Flora S., Ramel C. Mechanisms of inhibitors of mutagenesis and carcinogenesis. Classification and overview//Mutat. Res., 1988. — V. 202. — P. 285-306.

11. IARC. Chromium, nickel and welding // IARC Monographs, 1990. — V. 49. — P. 257-445.

12. Kasprzak K.S., Sunderman F.W., Salnikov K. Nickel carcinogenesis//Mutat. Res., 2003. — V. 533. — P. 67-97.

13. Landi S., Frenzilli G., Sbrana I., Barale R. Modulating factors of individual sensitivity to die-poxybutane: sister chromatid exchanges induced in vitro in human lymphocytes // Mutat. Res., 1996. — V. 357. — P. 75-82.

14. Odin A.P. Vitamins as antimutagens: Advantages and some possible mechanisms of antimutagenic action //Mutat. Res. — 1997. — Vol.386. — P.39—67.

15. Rossi A.M., Milillo C.P., Bulleri M. et al. Influence of GSTT1 and GSTM1 genotype on spontaneous chromosomal aberration and sister chromatid exchange frequencies//Mutat. Res., 1997. — V. 379. — P. 79-85.

16. Sram R.J., Binkova B. Molecular epidemiology studies on occupational exposure to mutagens and carcinogens, 1997—1999 // Environ.Health Perspect., 2000. — V. 108. — Suppl. 1. — P. 57-70.

17. Zasukhina G.D. Radioadaptive response in human cells differing in DNA repair // In: Low doses of radiation. — Nova Sci. Publ.: N.-Y., 2000. — P. 77-86.

Материал поступил в редакцию 14.11.06.

M.N.Yakovleva, Ye.V.Perminova

GENOTOXIC EFFECTS OF NICKEL COMPOUNDS AND POSSIBLE MODIFICATION OF NICKEL-

INDUCED MUTAGENESIS IN HUMAN CELLS

Polar Geophysical Institute, Kola Scientific Center of the Russian Academy of Medial Sciences,

Apatity, Murmansk Region

Workers in contact with nickel compounds showed a statistically significant excess of levels of sister chromatid exchanges (SCE) and inhibition of DNA reparation processes in lymphocytes as compared to data received in the control group. The administration of vitamin A (3300 ME/day during a month) to workers showed a high antimutagenic effectiveness of this vitamin which expressed in the decrease of SCO levels and optimization of the reparation system activity. Differences were found out in individual sensitivity of workers to nickel compounds and retinol antimutagenic efect. Genotoxic effects of nickel and antimutagenic effect of retinol were also confirmed in experiments in vitro on human cells.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.