CC BY
25
Медицинские науки
71
УДК 579.2
СТРУКТУРНЫЕ НАРУШЕНИЯ ЯДРА В БУККАЛЬНЫХ эПИТЕЛИОЦИТАХ
Саидовa З. Х., преподаватель Медицинского колледжа при Медицинском институте, ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет», г. Грозный
Саидовa Ф. Х., студентка 3-го курса, специальность «лечебное дело» Медицинского института, ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет», г. Грозный
В данной статье анализируется понятие «микроядра». Описаны ядерные явления, которые могут происходить не только во время физиологической клеточной дифференцировки, но и во время гибели клеток с повреждением ДНК. Приведен анализ широко применяющихся во всем мире и широко используемых в последнее десятилетие микроядер буккальныхэпителоцитов. Отмечается, что большинство изменений в опухолевой клетке происходят в ядрах, а модификации меняются по размеру, плотности и распределению хроматина, такие нарушения могут быть различимы между нормальными клетками и пораженными. Ядерные аномалии включают конденсированный хроматитин, кариорексис, пикнотические ядра, кариолизис, протрузии, и присутствие клеток с двумя ядрами, называемыми двухъядерными. Механизмы, посредством которых вырабатывается каждая из этих аномалий или ее биологическое значение, до сих пор неизвестны. Тем не менее при патологических состояниях наблюдаются изменение частоты карио-логических показателей (ожирение, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, рак, лимфома, лейкемия, множественная миелома, тромбоцитопеническая пурпура).
Ключевые слова: хроматин, кариорексис, кариолизис, протрузии, биомаркеры, ядерные абберации.
structural disorders of the nucleus in buccal epithelial cells
Saidova Z. Н., teacher of the Medical College at the Medical Institute, FSBEI HE "Chechen state University", city of Grozny
Saidova F. Х., 3rd year student, specialty "Medicine" of the Medical Institute, FSBEI HE "Chechen state University", city of Grozny
This article analyzes the concept of «micronucleus». Nuclear phenomena are described that can occur not only during physiological cell differentiation, but also during the death of cells with DNA damage. The analysis of buccal epithelocyte micronuclei widely used throughout the world and widely used in the last decade is given. It is noted that most of the changes in the tumor cell occur in the nuclei, and the modifications vary in size, density and distribution of chromatin, such violations can be distinguished between normal cells and the diseased. Nuclear abnormalities include condensed chromatitin, karyorexis, pyknotic nuclei, karyolysis, protrusion, and the presence of cells with two nuclei called binuclear. The mechanisms by which each of these anomalies or its biological significance is generated are still unknown. Nevertheless, in pathological conditions there is a change in the frequency of karyologicalparameters (obesity, rheumatoid arthritis, systemic lupus erythematosus, cancer, lymphoma, leukemia, multiple myeloma, thrombocytopenic purpura).
Key words: chromatin, karyorexis, karyolysis, protrusion, biomarkers, nuclear aberrations.
72
З. Х. САИДОВА, Ф. Х. САИДОВА
Помимо микроядер, Толберт и Коле в 1991 году описали другие ядерные явления, которые могут происходить не только во время физиологической клеточной дифференцировки, но и во время гибели клеток с повреждением ДНК. Поскольку большинство изменений в опухолевой клетке происходят в ядрах, а модификации меняются по размеру, плотности и распределению хроматина, такие нарушения могут быть различимы между нормальными клетками и пораженными. Ядерные аномалии включают конденсированный хрома-титин (CC), кариорексис (KR), пикнотические ядра (PN), кариолизис (KL), протрузии (ПР) и присутствие клеток с двумя ядрами, называемыми двухъ-ядерными (BN). Механизмы, посредством которых вырабатывается каждая из этих аномалий или ее биологическое значение, до сих пор неизвестны. Тем не менее при патологических состояниях наблюдаются изменение частоты кариологических показателей (ожирение, ревматоидный артрит, системная красная волчанка, рак, лимфома, лейкемия, множественная миелома, тромбоцито-пеническая пурпура) [Torres Bugarin O., 2000]. Хотя точный механизм структурных нарушений ядра остается неизвестным, некоторые авторы приводят гипотезу о возможных механизмах образования ядерных нарушений или их биологическом значении. Так, Raj и Cols описали наличие микроядер и протрузий в ответ на эффективную дозу после лучевой терапии у пациентов с плоскоклеточным раком полости рта, предлагая использовать эти биомаркеры для оценки радиочувствительности. Микроядра также присутствуют в процессе старения, где МЯ, ПР и BN повышены у пациентов в возрасте от 64 до 75 лет, а также у пациентов с синдромом Дауна. Присутствие ядерных аббераций считается биомаркером повреждения ДНК (МЯ и ПР), дефектов цитокинеза (BN), свидетельства апоптоза (CC, KR, PN, y KL), различных стадий показателей некроза (PN, CC, KR и KL) в ответ на повреждение клетки (PN и CC). Некоторые исследователи рассматривают лимфоциты как индикаторы генотоксичности. Тем не менее, вопрос об изменчивости частоты показателей кариологического анализа в буккальных эпителиоцитах остается спорным, так как в различных процессах здоровых клеток и при болезни микроядерные клетки могут увеличиваться, и наличие ПР не коррелирует с числом МЯ. Их структура наводит на мысль о процессе почкования, связанном с удалением избыточного ядерного
материала, такого как нерастворимые комплексы репарации ДНК или амплифицированная ДНК, после его сегрегации на периферию ядра. Для идентификации ядерных аббераций предлагается использовать критерии классификации, предложенные Tolbert et al. (1992) [Bolognesi C. et al., 2013. Raj VMS., 2011; Thomas P et al., 2008].
Анализ микроядер буккальных эпителоцитов широко применяется во всем мире, и его использование расширяется в последнее десятилетие. Условия, облегчающие его использование, включают в себя тот факт, что это может быть легко сделано и имеет минимально инвазивную процедуру отбора проб. Наиболее распространенное применение микроядерного анализа в буккальных эпителиоцитах касается воздействия генотоксиче-ских агентов на окружающую среду в этой области существует множество биомаркеров. В токсикологии признается тот факт, что требуется более одного испытания, чтобы продемонстрировать причинный эффект определяющего загрязнителя. Тест микроядер и протрузий является универсальным биомаркером, который надежен для измерения генотоксических, мутагенных и тератогенных событий. Он также может предоставить ценную информацию о стадии прогрессирования некоторых дегенеративных заболеваний. Тем не менее, роль анализа МЯ и ядерных аномалий и его применимость в человеческих популяциях должна быть установлена и более четко определена. В настоящее время база данных НиМЯ предлагает возможность унифицировать критерии и стандартизировать различные методы. Правильный дизайн исследования, учитывающий лучшее время отбора проб относительно периода воздействия, необходим главным образом при применении анализа для периодических воздействий; улучшение воспроизводимости и чувствительности теста в области предотвращения риска и управления работниками, подвергающимися профессиональному генотоксическому воздействию; может быть достигнуто путем использования одного метода специфического окрашивания ДНК для подготовки слайдов и четкого определения критериев оценки. Более того, частота МЯ и других NA в буккальных клетках здоровых субъектов и роль технических и биологических факторов, влияющих на его изменчивость, должны быть четко определены для улучшения чувствительности и потенциальной специфичности анализа. Биологическое значение других
СТРУКТУРНЫЕ НАРУШЕНИЯ ЯДРА В БУКЬАЛЬНЫХ ЭПИТЕЛИОЦИТАХ
73
ядерных изменений как биомаркеров различных токсических или генотоксических явлений, или как прогностических параметров для рака, или других дегенеративных заболеваний требует дальнейшего изучения.
В рамках эпидемиологических исследований рака молекулярная эпидемиология является областью все более интенсивной деятельности и интереса, объединяющей молекулярную биологию и эпидемиологические методы для усиления эпидемиологических данных [Peto J., 2001]. Молекулярно-эпидемиологические исследования фокусируются на трех типах биомаркеров: биомаркеры экспозиции (например, цитогенетиче-ские конечные точки-хромосомные аберрации, микроядра и сестринские хроматидные обмены), биомаркеры восприимчивости (например, генетический полиморфизм) и биомаркеры болезни (например, опухолевые биомаркеры) [Boffetta P., 2000; Boffetta P, Trichopoulos D., 2002].
Геномное повреждение, вероятно, является наиболее важной фундаментальной причиной развития и дегенеративных заболеваний. Также хорошо известно, что ущерб от генома возникает в результате воздействия на окружающую среду генотоксинов, медицинских процедур (например, радиации и химических веществ), дефицита питательных микроэлементов (например, фолиевой кислоты), факторов образа жизни (например, алкоголя, курения, наркотиков и стресса) и генетические факторы, такие как наследственные дефекты метаболизма и / или репарации ДНК. [Martinez V et al., 2005; Gabriel HE, et al. 2006; Chen Cet al., 2006; Speit G, Schmid O., 2006]. Важно иметь надежные и актуальные минимально инвазивные биомаркеры для улучшения реализации биомониторинга, диагностики и лечения заболеваний, вызванных, или связанные с генетическим повреждением. Анализ MN потенциально является отличным кандидатом на роль такого биомаркера, который обнаруживает потерю хромосом или нарушение работы митотического веретена, вызванное аневогенными механизмами.
В конце 1800-х и начале 1900-х годов Хауэлл и Джолли описали Feulgen-позитивные ядерные тела в человеческих ретикулоцитах, известные как тела Хауэлл-Джолли, и представляющие хромосомы, отделенные от митотического веретена [Decordier I, Kirsch-Volders M., 2006]. В начале 1970-х годов термин «тест на микроядро» был впервые предложен Боллером, Шмидтом
и Хеддлом, которые показали, что этот анализ обеспечивает простой метод определения гено-токсического потенциала мутагенов после воздействия на животных in vivo с использованием эритроцитов костного мозга. Несколько лет спустя Countryman и Heddle показали, что лимфоциты периферической крови можно использовать для подхода к микроядрам, и они рекомендовали использовать микроядра в качестве биомаркера в схемах тестирования.
Проект микроядерного анализа (HUMN), основанный в 1997 году, является международной совместной программой, направленной на стандартизацию микроядерного анализа в лимфоцитах периферической крови и на оценку влияния протоколов и критериев оценки полученных данных. Эта часть проекта HUMN была завершена, и результаты были опубликованы в 2001 году [Bonassi S et al. 2001; Bonassi S et al., 2001].
Микроядра представляют собой фрагменты или целые хромосомы, которые не достигли полюсов веретена во время митоза и остались инкапсулированными в телофазе в отдельном ядре. Анализ хромосомной аберрации обнаруживает только повреждение генома, тогда как анализ микроядер дополнительно обнаруживает потерю хромосом или нарушение работы митотического веретена, вызванное аневогенными механизмами. Анеуплоидия является неотъемлемым фактором развития злокачественных новообразований. Существует гипотеза, что микроядра и хромосомные аберрации могут иметь прогностическое значение для рака и, следовательно, заменять хромосомные аберрации в качестве биомаркеров риска рака или предоставлять дополнительную информацию о механизме действия аневогенных агентов [Kirsch-Volders M et al., 2002].
Буккальные клетки образуют первый барьер на пути ингаляции или проглатывания и способны метаболизировать ближайшие канцерогены в реакционноспособные продукты. Около 92% злокачественных опухолей человека происходят из наружного и внутреннего эпителия, то есть кожи, эпителия бронхов и эпителия, выстилающего пищеварительный канал. Следовательно, можно утверждать, что оральные эпителиальные клетки представляют собой предпочтительный сайт-мишень для ранних генотоксических событий, вызванных канцерогенными агентами, попадающими в организм при вдыхании и проглатывании [Vondracek M, et al., 2001; Spivack SD et al., 2004].
74
З. Х САИДОВА, Ф. Х САИДОВА
Возможности исследования, предоставляемые буккальными клетками, заключаются в том, что для данного пациента регуляторные механизмы, сигнальные пути и генетическая модуляция могут оцениваться до, вовремя и после противоопухолевой терапии. Клетки ротовой полости не только предоставляют клиницисту возможности для ранней диагностики и помощи при консультировании по прекращению курения, но также предоставляют уникальную модель для исследования мутаций, которая позволяет соотнести генетические изменения с гистопатологическими изменениями и для исследований по обнаружению лекарств [Proia NK et al., 2006].
Эпителий полости рта состоит из четырех слоев структурных, прогениторных и созревающих клеточных популяций, то есть слоя ба-зальных клеток (stratum basale), слоя колючих клеток (stratum spinosum) и кератинизирован-ного слоя на поверхности. Ряд пальцеобразных структур, называемых «колышками», выступает из собственной пластинки в эпидермальный слой, создавая волнообразный эффект слоя базальных клеток. Эпителий полости рта поддерживается путем непрерывного обновления клеток, благодаря чему новые клетки, продуцируемые в ба-зальном слое в результате митоза, мигрируют на поверхность, заменяя те, которые выделяются. Базальный слой содержит стволовые клетки, которые могут выражать генетическое повреждение (разрыв или утрату хромосомы) в виде MN во время деления ядра. Дочерние клетки, которые могут содержать или не содержать MN, в конечном итоге дифференцируются в слой колючих клеток и кератинизированный поверхностный слой, а затем расслаивается в щечной полости. Некоторые из этих клеток могут переродиться в клетки с конденсированным хроматином, фрагменти-рованными ядрами (кариоректическими клет-
ками), пикнотическими ядрами или полностью потерять свой ядерный материал (кариолитовые или «призрачные» клетки) [РепесИ М, СгоН Ж., 2002]. В редких случаях некоторые клетки могут быть заблокированы на двуядерной стадии или могут иметь ядерные почки (также известные как «разбитые яйца» в щечных клетках), биомаркер генной амплификации. Эти биомаркеры повреждения генома (например, МЫ, ядерные почки) и гибели клеток (например, апоптоз, кариолиз) могут наблюдаться как в лимфоцитарной, так и в буккальной клеточной системах, и, таким образом, обеспечивают более полную оценку повреждения генома, чем только МЫ в контексте цитотоксичности и цитостатических эффектов [РепесИ М, Сго« Ж, 2002].
Casaгtelli et а1. (2000) наблюдали частоту МЫ в отслоившихся щечных клетках в нормальной слизистой оболочке, предраковых поражениях и плоскоклеточном раке. Они пришли к выводу, что постепенное увеличение количества МЫ от нормальной слизистой оболочки до предраковых поражений до карциномы указывает на связь этого биомаркера с прогрессированием опухоли. Примечательно, что первые исследования Стича и Розина (2008), проведенные в период между 1983 и 1984 гг., имели более высокие исходные частоты МЫ, чем последующие исследования. Это может быть связано с отсутствием определенных критериев оценки и относительно небольшим количеством оцененных ячеек (в некоторых случаях менее 500). С тех пор в опубликованных исследованиях биомониторинга с использованием анализа МЫ в клетках слизистой оболочки щеки изучалось влияние множества факторов, в том числе воздействия на окружающую среду и на рабочем месте, радиотерапии, химиопрофилактики, испытаний с добавками витаминов, привычек образа жизни, рака и других заболеваний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калаев В. Н. Микроядерный тест буккального эпителия ротовой полости человека: проблемы, достижения, перспективы / Калаев В. Н., Артюхов В. Г., Нечаева М. С. // Цитология и генетика. 2014. № 48(6). Р. 62-80.
СТРУКТУРНЫЕ НАРУШЕНИЯ ЯДРА В БУККАЛЬНЫХ ЭПИТЕЛИОЦИТАХ
75
2. Оценка цитологического и цитогенетического статуса слизистых оболочек полости носа и рта у человека: Метод. рекомендации. Утверждены Председателем НС РАМН и МЗ и СР России по экологии человека и гигиене кружающей среды. М., 2005.
3. BoffettaP., Trichopoulos D. Biomarkers in cancer epidemiology. In: Adami HO, Hunter D, Trichopoulos D, editors. Textbook of cancer epidemiology. New York: Oxford University Press; 2002. P. 73-86.
4. Boffetta P. Molecular epidemiology / Boffetta P. //J Intern Med. 2000. № 248. Р. 447-454.
5. Thomas P, HollandN, Bolognesi C, Kirsch-Volders M, Bonassi S, ZeigerE, et al. Buccal micronucleus cytome assay. Nat Protoc. 2009;4:825-37.
6. Tolbert P. E., Shy C. M., Allen J. W. Micronuclei and other nuclear anomalies in buccal smears: Methods development. Mutat Res. 1992;271:69-77.
7. Tolbert P. E., Shy C. M., Allen J. W. Micronuclei and other nuclear anomalies in buccal smears: A field test in snuff users. Am J Epidemiol. 1991;134:840-50.
