CC BY
54
УДК 575:113:224.23
ПОЛИМОРФИЗМ ГЕНОВ
ФЕРМЕНТОВ АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ И ХРОМОСОМНЫЕ АБЕРРАЦИИ У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ, ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ СВЕРХНОРМАТИВНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ РАДОНА
O.A. Соболева1, A.B. Рыжкова1, A.A. Тимофеева1, В.И. Минина1'2, Т.А. Головина1'2
1ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» г. Кемерово, Россия, 650000
2ФГБУ ВПО «Кемеровский государственный университет» г. Кемерово, Россия, 650043
Аннотация. Проблема оценки генотоксического воздействия малых доз радиации, в частности — радона, на сегодняшний день остается достаточно сложной. В связи с этим проведен цитогенетический анализ лимфоцитов крови детей и подростков — воспитанников школы-интерната г. Ташгагол Кемеровской области, подвергающиеся воздействию сверхнормативных доз радонового облучения. Было выявлено достоверное увеличение частоты встречаемости хромосомных аберраций по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует о выраженном генотоксическом эффекте окружающей среды. На основе сопоставления результатов анализа полиморфизма генов ферментов антиоксидантной системы с уровнем хромосомных аберраций, обнаружена тенденция к накоплению хромосомных аберраций у носителей — гомозигот по минорным аллелям исследованных генов, что свидетельствует о повышенной генотоксической чувствительности обладателей данных генотипов.
Ключевые слова: хромосомные аберрации, генетический полиморфизм, генотоксичность, радон, SOD2 Val16Ala, GPx-1 Pro198Leu, CAT C262T.
Введение. Несмотря на крупномасштабные исследования в области радиобиологии, оценка генотоксического риска воздействия радона на организм человека в настоящее время остается достаточно серьезной проблемой. В наибольшей степени в этом аспекте изучена и описана защитная роль полиморфизма генов репарации ДНК и систем биотрансформации ксенобиотиков [1; 2], в отличие от генов ферментов антиоксидантной системы (АОС), к числу которых относятся гены семейства супероксидцисмутаз (SOD1 — SOD3), глутатионпероксидаз (GPx-1 — GPx-8) и ката-
лаза. Кроме того, информативным и радиационно-специфическим методом анализа биологических эффектов малых доз радиации на человека является метафазный анализ хромосомных аберраций (ХА) в лимфоцитах периферической крови.
Особый интерес представляет оценка последствий облучения населения радоноопасных территорий, к числу которых можно отнести Кемеровскую область [3], а именно — г. Таштагол, где рядом экспедиционных выездов кафедры генетики КемГУ (2004—2009 гг.) была зафиксирована повышенная удельная объемная активность радона
—--—
~ 636 ~
(УОАР) в воздухе жилых и учебных помещений школы-интерната, в которой обучаются дети и подростки — наиболее радиочувствительная категория населения [4].
Цель работы — на основе анализа полиморфизма генов АОС и учета ХА оценить вклад изученных полиморфизмов в индуцированный радоном хромосомный мутагенез.
Материалы и методы. Все обследуемые были здоровы и проинформированы о целях и результатах исследования, а так же не подвергались вакцинированию и рентгенодиагностическим процедурам за три месяца до сбора материала. Замеры УОАР выполнялись с использованием радиометра РРА-01 М-01 «Альфарад» в режиме Air 1. Материалом для цитогенетического исследования послужили препараты лимфоцитов периферической крови 312 человек 8—18 лет, из них — 160 мальчиков (12,8 ± 0,21 лет) и 152 девочки (12,7 ± 0,20 лет), постоянно проживающих и обучающихся в школе-интернате г. Таштагол, и подвергающиеся воздействию сверхнормативных доз радонового излучения. В группу сравнения вошло 73 мальчика 9— 18 лет (13,9 ± 0,30 лет) и 88 девочек 8—19 лет (14,7 ± 0,27 лет), проживающих в условиях фонового уровня излучения радона. Подготовку препаратов метафазных хромосом и анализ ХА осуществляли с использованием стандартных методик [5; 6]. Для изучения полиморфизма генов АОС (rs 4880 SOD2 Val16Ala, rs1050450 GPx-1 Pro198Leu и rs1001179 CAT C262T) выделяли ДНК методом фенол-хлороформной экстракции и анализировали при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР) с флуоресцентной детекцией результатов в режиме реального времени — для генов SOD2 и GPx-1, и с помощью аллель-специфичной ПЦР с электрофоретической детекцией результатов в 3% агарозном геле при исследовании полиморфизма гена каталазы. Статистический анализ первичных данных проводили с помощью программы STATISTICA for WINDOWS v.6.0. Оценку достоверности различий в распределении полиморфных вариантов проводили стандартным методом %2 с поправкой Йетса. При множественных сравнениях достоверным уровнем значимости считали р < 0,01.
Результаты и обсуждение. В результате замеров УОАР в помещениях школы-интерната г. Таштагол и на территории постоянного проживания детей и подростков из группы сравнения, было выявлено значимое превышение данного показателя в воздухе помещений школы-интерната. В среднем уровень УОАР здесь составил 479,71 Бк/м3, в зимние периоды достигая 1400 Бк/м3.
При сопоставлении значений цитогенетиче-ских показателей, характеризующих уровень мутагенных эффектов, были выявлены статистически значимые различия частот встречаемости ХА между экспонируемой радоном и контрольной группами. Так, средняя частота встречаемости ХА в группе детей г. Таштагола составила 4,35 ± 0,14 против 2,64 ± 0,12 в контрольной выборке (p < 0,001). Были выявлены статистически значимые различия по частоте встречаемости аберраций как хроматид-ного (3,00 ± 0,12 против 1,99 ± 0,09; р < 0,001), так и хромосомного типа (1,35 ± 0,06 против 0,65 ± 0,05; р < 0,001), являющегося признанным маркером воздействия радиации. Межгрупповое сопоставление цитогенетических показателей с учетом пола, возраста и этнической принадлежности не выявило статистически значимого влияния вышеперечисленных факторов на частоту и спектр ХА в сравниваемых подгруппах.
Анализ распределения частот генотипов исследуемых генов в обеих группах показал соответствие равновесию Харди-Вайнберга, за исключением гена CAT в группе детей, экспонируемых сверхнормативными дозами радона, где отклонение было обусловлено избытком гомозигот по мажорному аллелю (%2 = 11,21; p < 0,05).
В группе детей из г. Таштагола было зарегистрировано повышение частоты аберраций хромосомного типа у носителей генотипа ТТ гена каталазы до 1,94 ± 0,68 на 100 клеток (р = 0,012) по сравнению с генотипом СС (1,31 ± 0,07). Минорный аллель Т характеризуется пониженной антиокислительной активностью по сравнению с мажорным аллелем С и, как следствие, носители генотипа ТТ генетически являются более чувствительными к мутагенному воздействию среды. Анализ ассоциаций цитогенетических показателей с полиморфизмом генов SOD2 и GPx-1 статистически значимых различий не выявил, однако, при
—--—
~ 637 ~
Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437
The Journal of scientific articles "Health and Education Millennium", 2016. Vol. 18. No 2
изучении взаимодействия данных двух генов, наибольший уровень аберраций хромосомного типа наблюдали у доноров — дигомозигот по мутантно-му аллелю (одновременных носителей генотипов Ala/Ala гена SOD2 и Leu/Leu гена GPx-1), причем частота аберраций хромосомного типа — маркера воздействия радиации, возрастала в ряду А/А — А/В — B/B,
где А — мажорный аллель, В — минорный. Наибольший уровень ХА был обнаружен у обладателей генотипа: SOD2(Ala/Ala)*GPx1(Leu/Leu)*CAT(T/T).
В контрольной группе значимых ассоциаций полиморфизма генов АОС человека с уровнем ХА с учетом множественного сравнения выявлено не было.
Выводы. Таким образом, рассматривая вопросы радиочувствительности, нельзя не учитывать индивидуальные особенности генов АОС, т.к. согласно проведенному исследованию именно носители мутантных аллелей генов АОС в наибольшей степени подвержены негативному воздействию радона, что находит свое отражение в увеличении частоты встречаемости ХА, в первую очередь хромосомного типа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лунина A.A., Минина В.И., Дружинин В.Г. Индивидуальная генотоксическая чувствительность
и полиморфизм генов глутатионсульфотрансфераз у детей-подростков, подвергающихся воздействию радона // Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивность окружающей среды: Материалы международной конференции. Сыктывкар, 2009. С. 75—77.
2. Минина В.И., Дружинин В.Г., Тимофеева А.А. Хромосомные аберрации, индуцированные воздействием сверхнормативных доз радона, у детей и подростков в связи с полиморфизмом генов эксцизионной репарации нуклеотидов // Медицинская генетика. 2012. № 8. С. 32—36.
3. Сорокина Н.В. Изучение регионально-фоновой радиационной ситуации с применением дозиметрии и исследований содержания природных и техногенных радионуклидов в материалах и продуктах Кузбасса: Автореф. канд. дисс. Кемерово, 2006.
4. Дружинин В.Г., Алукер Н.Л., Ахальцева Л.В. Комплексный подход к оценке экологических факторов токсико-генетического риска у детей из Горной Шории // Гигиена и санитария. 2010. № 3. С. 12—18.
5. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н., Катосова Л. Д. База данных для анализа количественных характеристик частоты хромосомных аберраций в культуре лимфоцитов периферической крови человека // Генетика. 2001. Т. 37. № 4. С. 549—557.
6. Hungerford P.A. Leukocytes cultured from small inocula of whole blood and the preparation of metaphase chromosomes by treatment with hypotonic KCl // Stain Techn. 1965. Vol. 40. P. 333—338.
HUMAN ANTIOXIDANT ENZIME GENE POLYMORPHISMS AND CHROMOSOMAL ABERRATIONS IN EXCESS RADON EXPOSED ADOLESCENTS
O.A. Soboleva1, A. V. Ryzhkova1, A.A. Timofeeva1, V.I. Minina1,2, T.A. Golovina1,2
lFSBSI «The Federal Research Center of Coal and Coal Chemistry of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences» Kemerovo, Russia, 650000
2FSBI «Kemerovo state university» Kemerovo, Russia, 650043
Annotation. The problem of estimation of genotoxic effects of low doses of ionizing radiation, in particular — radon, remains fairly difficult to date. In connection with this carried out cytogenetic analysis of blood lymphocytes of adolescents of the boarding school in Tashtagol of Kemerovo region exposed to excessive doses of radon exposure. There was a significant increase in the frequency of chromosome aberration compared to the control group, indicating that the expressed genotoxic effect of ambient environment. On the basis of the analysis of polymorphisms of genes of antioxidant enzymes, found the
~ 638 ~
—--—
tendency to accumulation of chromosomal aberrations in media — homozygous for the minor allele of the investigated genes, indicating that the increased sensitivity of the holders of genotoxic genotype data.
Key words: chromosomal aberrations, genetic polymorphism, genotoxicity, radon, SOD2 Val16Ala, GPx-1 Pro198Leu, CAT C262T.
REFERENCES
1. Lunina A.A., Minina V.I., Druzhinin V.G. Indi-vidual'naja genotoksicheskaja chuvstvitel'nost' i polimorfizm genov glutationsul'fotransferaz u detej-podrostkov, podver-gajushhihsja vozdejstviju radona. Biologicheskie jeffekty malyh doz ionizirujushhej radiacii i radioaktivnosf okru-zhajushhej sredy: Materialy mezhdunarodnoj konferencii. Syktyvkar, 2009, pp. 75—77 (in Russian).
2. Minina V.I., Druzhinin V.G., Timofeeva A. A. Hromosomnye aberracii, inducirovannye vozdejstviem sverhnormativnyh doz radona, u detej i podrostkov v svjazi s polimorfizmom genov jekscizionnoj reparacii nukleoti-dov. Medicinskaja genetika, 2012, no. 8, pp. 32—36 (in Russian)
3. Sorokina N.V. Izuchenie regional'no-fonovoj radi-acionnoj situacii s primeneniem dozimetrii i issledovanij
soderzhanija prirodnyh i tehnogennyh radionuklidov v ma-terialah i produktah Kuzbassa. Avtoref. kand. diss. Kemerovo, 2000, 20 p. (in Russian).
4. Druzhinin V.G., Aluker N.L., Ahal'ceva L.V. Kom-pleksnyj podhod k ocenke jekologicheskih faktorov toksiko-geneticheskogo riska u detej iz Gornoj Shorii. Gigiena i sa-nitarija, 2010, no. 3, pp.12—18 (in Russian);
5. Bochkov N.P., Chebotarev A.N., Katosova L.D., Platonova V.I. Baza dannyh dlja analiza kolichestvennyh harakteristik chastoty hromosomnyh aberracij v kul'ture limfocitov perifericheskoj krovi cheloveka. Genetika, 2000, vol. 37, no. 4, pp. 549—557 (in Russian).
6. Hungerford P.A. Leukocytes cultured from small inocula of whole blood and the preparation of metaphase chromosomes by treatment with hypotonic KCl. Stain Techn, 1965, vol. 40, pp. 333—338.
L Fjl4bllP
niBitriu!
INfOBA5E '
INDEX
(^COPERNICUS OAJt О ULft ICHSWEB
пл f ^¡mr iHIÄL j ■_■ s"! iCil
I n 1 T ! e s 4 I .-
Go^Sle@aieFaclor в 182 Ш- 9
