Preview

Гигиена и санитария

Расширенный поиск

Геномные, транскриптомные и протеомные технологии как современный инструмент диагностики нарушений здоровья, ассоциированных с воздействием факторов окружающей среды

https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-1-6-12

Полный текст:

Аннотация

Введение. На сегодняшний день актуальным является использование современных критических технологий для задач выявления и оценки негативных эффектов, ассоциированных с воздействием химических веществ, на стадиях донозологических изменений, что позволяет повысить эффективность раннего выявления развития предпатологических состояний до наступления выраженных функциональных изменений и развития болезни. Одним из наиболее перспективных подходов является использование методов молекулярной диагностики на основе технологий геномного, транскриптомного и протеомного анализа.

Цель работы – анализ аспектов и практического использования возможностей современных критических технологий (геномные, транскриптомные и протеомные технологии) при выполнении медико-биологических и экспериментальных исследований для задач идентификации биомаркёров негативных эффектов химических факторов риска на примере условий экспозиции соединениями алюминия.

Материал и методы. Анализ протеома осуществлялся методом двухмерного электрофореза, полиморфизма аллелей и генотипов кандидатных генов методом ПЦР в режиме реального времени. Оценка состояния транскриптома выполнялась по результатам изучения экспрессии гена. Изучение экспрессии мембранных и сывороточных белков производилось методами биохимического и иммунологического анализа. Статобработка результатов осуществлялась в системах «ГенКалькулятор» и «Ген Эксперт» и онлайн-программе «SNPStats».

Результаты. Результаты использования технологий протеомного анализа позволили идентифицировать белки аннексин-13, SH3-доменный белок-RF3, катепсин L1 и соответственно гены CTSL, SH3RF3, THO комплексная субъединица 2 в качестве омик-маркёров аэрогенной экспозиции неорганических соединений. Результаты анализа полиморфизма генов у населения, экспонированного амфотерными металлами, позволили установить изменённую частотность вариантных аллелей и генотипов генов: иммунной регуляции – TLR4 (толл-подобный рецептор); сосудистых факторов – eNOS rs1799983 (эндотелиальная NOсинтаза); детоксикации – копропорфириногеноксидазы CPOX (rs1131857), цитохрома р450 CYP1A1 (rs 1048943); нейро-гуморальной регуляции ANKK1 rs1800497 (ген дофаминового рецептора) и HTR2A rs7997012 (ген серотонинового рецептора). Результаты анализа экспрессии генов позволили за счёт выделения специфических клеточных фенотипов CD4+, CD8+, CD16+, экспрессирующих ген протеомного профиля плазмы крови липопротеина А (ген LPA), установить индуцированные воздействием амфотерных металлов их негативные транскриптомные эффекты.

Обсуждение. Полученные результаты корреспондируются с данными ряда научных исследований, отмечающих важность идентификации полиморфных отклонений генов, определяющих индивидуальный риск нарушений здоровья в условиях многообразия воздействующих на человека стрессорных факторов среды обитания. Минорные генотипы кандидатных генов в условиях избыточной контаминации компонентами загрязнения окружающей среды достоверно увеличивают риск отклонений показателей иммунной регуляции, что модифицирует механизмы апоптоза, имеющие ключевое значение для формирования атопии и онкопролиферации.

Заключение. Использование геномных, транскриптомных и протеомных технологий как современного инструментария диагностики нарушений здоровья позволило обосновать перечень приоритетных омик-маркёров экспозиции и эффекта, ассоциированных с аэрогенным воздействием амфотерных металлов, оказывающих модифицирующее влияние на патогенетические механизмы формирования нарушения функций нервной и иммунной систем, детоксикации 1-й и 2-й её фазы, вероятности развития сосудистых нарушений и онкопролиферативных процессов.

Об авторах

Н. В. Зайцева
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Россия


М. А. Землянова
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Россия


Олег Владимирович Долгих
ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Россия

Доктор мед. наук, зав. отделом иммунобиологических методов диагностики ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», 614045, Пермь.

e-mail: oleg@fcrisk.ru



Список литературы

1. О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2017 году: Государственный доклад. М.: Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; 2018. 268 с.

2. Оценка влияния факторов среды обитания на здоровье населения Иркутской области. Информационно-аналитический бюллетень за 2014 год. Иркутск; 2015. 50 с.

3. Сучков С.В., Гнатенко Д.А., Костюшев Д.С., Крынский С.А., Пальцев М.А. Протеомика как фундаментальный инструмент доклинического скрининга, верификации анализов и оценки применяемой терапии. Вестник РАМН. 2013; 1: 65-71.

4. Мурзина Р.Р., Карунас А.С., Гатиятуллин Р.Ф. Фармакогенетика глюкокортикостероидного и β2-адренергического рецепторов при бронхиальной астме. Медицинский вестник Башкоркостана. 2011; 6 (6): 125-31.

5. Мухаммадиева Г.Ф. и соавт. Молекулярно-генетические маркеры в оценке риска развития профессиональных заболеваний у работников химических производств. Молекулярная медицина. 2016; 14 (4): 57-61.

6. Тиц Н.У. Клиническое руководство по лабораторным тестам. М.: ЮНИМЕД-пресс; 2003. 570 с.

7. Шугалей И.В., Гарабаджиу А.В., Илюшин М.А., Судариков А.М. Некоторые аспекты влияния алюминия и его соединений на живые организмы. Экологическая химия. 2012; 21 (3): 172-86.

8. PROTEAN i12 IEF System. Instruction Manual Available at: https://www.bio-rad.com/webroot/web/pdf/Isr/Literature/10022069A.pdf (accessed: 20.05.2018).

9. Shaw Ch.A. Aluminium in the central nervous systems (CNS). Toxity in humans and animals, vaccine adjutants, and autoimmunity. Immun Res. 2013; 56 (2-3). https://doi.org/10.1007/s12026-013-8403-1

10. Pogue A.L., Lukiw W.J. Aluminium, the genetic apparatus of the human CNS and Alzheimer’s disease (AD). Morphologie. 2016; 100 (329): 56-64. https://doi.org/10.1016/j.morpho.2016.01.001

11. Reinhard S/M., Razak K., Ethell I.M. A delicate balance: role of MMP-9 in brain development and pathophysiology of neurodevelopmental disorders. Front Cell Neurosci. 2015; 9: 280. https://doi.org/10.3389/fncel.2015.00280

12. Rybakowski J.K. Matrix Metalloproteinase-9 (MMP9)-а Mediating Enzyme in Cardiovascular Disease, Cancer, and Neuropsychiatric Disorders. Cardiovasc Psychiatry Neurol. 2009; 2009: 904836. https://doi.org/10.1155/2009/904836

13. Skarabahatava A.S., Lukyanenko L.M., Slobozhanina E.I., Falcioni M.L., Orlando P., Silvestri S. et al. Plasma and mitochondrial membrane perturbation induced by aluminum in human peripheral blood lymphocytes. J Trace Elem Med Biol. 2015; 31: 37-44. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2015.02.002.

14. Cheng D., Tang J., Wang X., Zhang X., Wang S. Effect of aluminum (Al) speciation on erythrocytic antioxidant defense process: Correlations between lipid membrane peroxidation and morphological characteristics. Ecotoxicol Environ Saf. 2018; 157: 201-6. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.03.039.

15. Kahbasi S., Samadbin M., Attar F., Heshmati M., Danaei D., Rasti B. et al. The effect of aluminum oxide on red blood cell integrity and hemoglobin structure at nanoscale. Int J Biol Macromol. 2019; 138: 800-9. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.07.154

16. Sinczuk-Walczak H., Szymczak M., Razniewska G., Matczak W., Szymczak W. Effects of occupational exposure to aluminium on nervous system: clinical and electroencephalographic findings. Int J Occup Med Environ Health. 2003; 16 (4): 301-10.

17. Chin-Chan M., Navarro-Yepes J., Quintanilla-Vega B. Environmental pollutants as risk factors for neurodegenerative disorders: Alzheimer and Parkinson diseases. Front Cell Neurosci. 2015; 9: 124.

18. Walton J.R., Wang M.X. APP expression, distribution and accumulation are altered by aluminium in a rodent model for Alzheimer’s disease. J Inorg Biochem. 2009; 103: 1548-54.

19. Викторова Т.В., Измайлов А.А., Измайлова С.М., Павлов В.Н., Ахмадишина Л.З., Мустафин А.Т. и соавт. Анализ ассоциации полиморфных маркеров генов цитохрома Р450 (CYP1A1 и CYP1A2). Медицинский вестник Башкортостана. 2010; 8 (2): 25-9

20. Somova L.M., Plehova N.G. Nitric oxide as a mediator of inflammation. Vestnik DVO RAN. 2006; 6: 77-80. (in Russian)

21. Anderson M., Deakin J.F.W. Relationship between 5-HT function and impulsivity and aggression in male offenders with personality disorders. Br J Psychiatry. 2001; 178: 352-9.

22. Boverhof D.R., Ladics G., Luebke B. Approaches and considerations for the assessment of immunotoxicity for environmental chemicals: a workshop summary. Regul Toxicol Pharmacol. 2014; 68 (1): 96-107.

23. Haroon E., Miller A.H. Inflammation effects on glutamate as a pathway to neuroprogression in mood disorders. Mod Trends Pharmacopsychiatry. 2017; 31: 37-55.

24. Arreola R. et al. Immunomodulatory effects mediated by serotonin. J Immunol Res. 2015: 21.

25. Meldrum B.S. Glutamate as a neurotransmitter in the brain: Review of physiology and pathology. J Nutr. 2000; 130 (4): 1007-15.

26. Park B.S., Lee J.O. Recognition of lipopolysaccharide pattern by TLR4 complexes. Exp Mol Med. 2013; 45 (12): 66. https://doi.org/10.1038/emm.2013.97

27. Tesse R., Pandey R.C., Kabesch M. Genetic variations in toll-like receptor pathway genes influence asthma and atopy. Allergy. 2011; 66 (3): 307-16. https://doi.org/10.1016/j.yder.2012.02.068

28. Tenero L., Piazza M., Zanoni L. et al. Antioxidant supplementation and exhaled nitric oxide in children with asthma. Allergy Asthma Proc. 2016; 37: 8-13. https://doi.org/10.2500/aap.2016.37.3920

29. Ariza M. et al. Dopamine Genes (DRD2/ANKK1-TaqA1 and DRD4-7R) and Executive Function: Their Interaction with Obesity. PLoS One. 2012: 7. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0041482

30. Ghosh J., Pradhan S., Mittal B. Identification of a novel ANKK1 and other dopaminergic (DRD2 and DBH) gene variants in migraine susceptibility. Neuromolecular Med. 2013; 15 (1): 61-73. https://doi.org/10.1007/s10072-013-1415-8

31. Radunovic M. et al. The MMP-2 and MMP-9 promoter polymorphisms and susceptibility to salivary gland cancer. J BUON. 2016; 21 (3): 597.

32. Yamada T., Tongu M., Goda K., Aoi N., Morikura I., Fuchiwaki T. et al. Sublingual immunotherapy induces regulatory function of IL-10-expressing CD4+CD25+FoxP3+ T cells of cervical lymph nodes in murine allergic rhinitis model. J Allergy. 2012; 11. https://doi.org/10.1155/2012/490905

33. Malmer B. et al. p53 Genotypes and risk of glioma and meningioma. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2005; 14 (9): 2220-3. https://doi.org/10.1158/1055-9965.EPI-05-0234

34. Patricia Alves Reis, Cassiano Felippe Gonçalves de Albuquerque, Tatiana Maron Gutierrez, Adriana Ribeiro Silva, Hugo Caire de Castro Faria Neto. Role of Nitric Oxide Synthase in the Function of the Central Nervous System under Normal and Infectious Conditions. https://doi.org/10.5772/67816

35. Kielian T. Toll-Like Receptors in Central Nervous System Glial Inflammation and Homeostasis. J Neurosci Res. 2006; 83 (5): 711. https://doi.org/10.1002/jnr.20767

36. Okuna E., Griffioen K.J., Rothman S., Wan R., Cong Wei-Na, De Cabo R. et al. Toll-Like Receptors 2 and 4 Modulate Autonomic Control of Heart Rate and Energy Metabolism. Brain Behav Immun. 2014; 36: 90. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2013.10.013

37. Simon R. Platt. The role of glutamate in central nervous system health and disease - A review. 2007; 173 (2): 278-86. https://doi.org/10.1016/j.tvjl.2005.11.007

38. МР 4.2.0075-13. Перечень маркеров генного полиморфизма, отвечающих за особенности мутагенной активности техногенных химических факторов. М.; 2013. 18 с.


Для цитирования:


Зайцева Н.В., Землянова М.А., Долгих О.В. Геномные, транскриптомные и протеомные технологии как современный инструмент диагностики нарушений здоровья, ассоциированных с воздействием факторов окружающей среды. Гигиена и санитария. 2020;99(1):6-12. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-1-6-12

For citation:


Zaitseva N.V., Zemlianova M.A., Dolgikh O.V. Genomic, transcriptomic and proteomic technologies as a modern tool for health disorders diagnostics, associated with the impact of environmental factors. Hygiene and Sanitation. 2020;99(1):6-12. (In Russ.) https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-1-6-12

Просмотров: 31


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0016-9900 (Print)
ISSN 2412-0650 (Online)