Лабилизация структуры ДНК лимфоцитов периферической крови у пациентов с COVID-19

Введение. Имеющиеся данные свидетельствуют о вероятной способности коронавируса SARS-CoV-2 нарушать процессы репарации ДНК, вызывать окислительный стресс, что может приводить к накоплению повреждений ДНК в клетках человека. Однако ДНК-повреждающее действие вируса недостаточно изучено.

Цель исследования – изучение способности SARS-CoV-2 вызывать повреждения ДНК в лимфоцитах периферической крови человека.

Материалы и методы. В исследование включены 140 доноров с диагнозом COVID-19 и 24 человека контрольной группы. Уровень фрагментации ДНК в лимфоцитах определяли методом ДНК-комет в щелочной версии. Статистические различия между средними значениями медиан показателя «процент ДНК в хвосте комет» (% ДНКхв) оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Для сравнения долей клеток с разным уровнем повреждения ДНК использовали критерий Джефферса. Статистические различия между группами оценивали с помощью теста Манна – Уитни.

Результаты. У пациентов с COVID-19 выявлено повышение уровня разрывов и щелочнолабильных сайтов в ДНК по сравнению с контролем (р = 0,025). В группе пациентов, инфицированных SARS-CoV-2, доля комет с повреждениями ДНК до 5% ДНКхв снижалась (р = 0,009). При этом возрастала доля комет, содержащих более 10% ДНКхв (p = 0,000). Количество атипичных комет по сравнению с контролем увеличивалось в 3,7 и 5,9 раза при лёгкой и среднетяжёлой степени тяжести COVID-19, соответственно (r = 0,993; р = 0,001). При наличии хронических заболеваний — ишемической болезни сердца (ИБС) и сахарного диабета II типа (СД2) уровень фрагментации ДНК в лимфоцитах статистически значимо повышался по сравнению с группой пациентов без указанных патологий.

Ограничение исследования. Ограничением является отсутствие данных о нарушениях структуры ДНК при тяжёлой степени COVID-19.

Заключение. Инфекция SARS-CoV-2 приводит к лабилизации структуры ДНК в лимфоцитах периферической крови человека. Уровень повреждений ДНК зависит от степени тяжести COVID-19 и наличия сопутствующих патологий — ИБС и СД2. Результаты исследования важны для понимания механизмов действия вируса на иммунокомпетентные клетки человека.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проводили в соответствии с этическим стандартом Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения научных медицинских исследований с участием человека» с поправками 2000 г. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора (протокол № 8 от 29.09.2022 г.). Все доноры дали информированное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов:
Попова А.Ю., Кузьмин С.В. — концепция исследования;
Илюшина Н.А. — дизайн исследования, сбор материала, обработка данных, написание текста;
Горенская О.В. — лабораторные исследования, статистическая обработка, написание текста;
Егорова О.В. — лабораторные исследования, написание текста;
Котнова А.П. — лабораторные исследования, обработка данных;
Аверьянова Н.С. — лабораторные исследования;
Игнатьев С.Д. — статистическая обработка;
Кузнецова Н.Е., Кобелевская Н.В. — сбор материала.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 15.12.2023 / Принята к печати: 09.04.2024 / Опубликована: 08.05.2024

1. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К. Актуальные аспекты генетической токсикологии лекарственных средств. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Регуляторные исследования и экспертиза лекарственных средств. 2022; 12(1): 90–109. https://doi.org/10.30895/1991-2919-2022-12-1-90-109 https://elibrary.ru/lezoao

2. Aguilera A., Gómez-González B. Genome instability: a mechanistic view of its causes and consequences. Nat. Rev. Genet. 2008; 9(3): 204–17. https://doi.org/10.1038/nrg2268

3. Yao Y., Dai W. Genomic instability and cancer. J. Carcinog. Mutagen. 2014; 5: 1000165. https://doi.org/10.4172/2157-2518.1000165

4. Niedernhofer L.J., Gurkar A.U., Wang Y., Vijg J., Hoeijmakers J.H.J., Robbins P.D. Nuclear Genomic Instability and Aging. Annu. Rev. Biochem. 2018; 87: 295–322. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-062917-012239

5. Palazzo R.P., Bagatini P.B., Schefer P.B., de Andrade F.M., Maluf S.W. Genomic instability in patients with type 2 diabetes mellitus on hemodialysis. Rev. Bras. Hematol. Hemoter. 2012; 34(1): 31–5. https://doi.org/10.5581/1516-8484.20120011

6. Hou Y., Song H., Croteau D.L., Akbari M., Bohr V.A. Genome instability in Alzheimer disease. Mech. Ageing. Dev. 2017; 161(Pt. A): 83–94. https://doi.org/10.1016/j.mad.2016.04.005

7. Москалева Е.Ю., Илюшина Н.А., Тарасов В.Н., Чиквашвили Б.Ш., Летягин В.П., Караулов А.В. Повреждения ДНК лимфоцитов и нейтрофилов периферической крови при раке молочной железы. Вестник Онкологического научного центра Российской академии медицинских наук. 1994; 5(S): 57–8. https://elibrary.ru/hebrly

8. IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risk to Humans. A review of human carcinogens. Part B: Biological Agents; 2012.

9. Гарафутдинов Р.Р., Мавзютов А.Р., Никоноров Ю.М., Чубу-кова О.В., Матниязов Р.Т., Баймиев А.Х. и др. Бетакоронавирус SARS-CoV-2, его геном, разнообразие генотипов и молекулярно-биологические меры борьбы с ним. Биомика. 2020; 12(2): 242–71. https://doi.org/10.31301/2221-6197.bmcs.2020-15 https://elibrary.ru/dhderx

10. Щелканов М.Ю., Колобухина Л.В., Бургасова О.А., Кружкова И.С., Малеев В.В. COVID-19: этиология, клиника, лечение. Инфекция и иммунитет. 2020; 10(3): 421–45. https://doi.org/10.15789/2220-7619-CEC-1473 https://elibrary.ru/imaadb

11. Fu L., Wang B., Yuan T., Chen X., Ao Y., Fitzpatrick T., et al. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 (COVID-19) in China: A systematic review and meta-analysis. J. Infect. 2020; 80(6): 656–65. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.03.041

12. Pons S., Fodil S., Azoulay E., Zafraniet L. The vascular endothelium: the cornerstone of organ dysfunction in severe SARS-CoV-2 infection. Crit. Care. 2020; 24(1): 353. https://doi.org/10.1186/s13054-020-03062-7

13. Pánico P., Ostrosky-Wegman P., Salazar A.M. The potential role of COVID-19 in the induction of DNA damage. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2022; 789: 108411. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2022.108411

14. Saghazadeh A., Rezaei N. Immune-epidemiological parameters of the novel coronavirus – a perspective. Expert Rev. Clin. Immunol. 2020; 16(5): 465–70. https://doi.org/10.1080/1744666X.2020.1750954

15. Guan W.J., Ni Z.Y., Hu Y., Liang W.H., Ou C.Q., He J.X., et al. China Medical Treatment Expert Group for COVID-19. Clinical characteristics of coronavirus disease 2019 in China. N. Engl. J. Med. 2020; 382(18): 1708–20. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2002032

16. Болдырева М.Н. Вирус SARS-CoV-2 и другие эпидемические коронавирусы: патогенетические и генетические факторы развития инфекций. Иммунология. 2020; 41(3): 197–205. https://doi.org/10.33029/0206-4952-2020-41-3-197-205 https://elibrary.ru/cpxxja

17. Gioia U., Tavella S., Martínez-Orellana P., Cicio G., Colliva A., Ceccon M., et al. SARS-CoV-2 infection induces DNA damage, through CHK1 degradation and impaired 53BP1 recruitment, and cellular senescence. Nat. Cell Biol. 2023; 25(4): 550–64. https://doi.org/10.1038/s41556-023-01096-x

18. Jiang H., Mei Y.F. SARS-CoV-2 spike impairs DNA damage repair and inhibits V(D)J recombination in vitro. Viruses. 2021; 13(10): 2056. https://doi.org/10.3390/v13102056

19. Wieczfinska J., Kleniewska P., Pawliczak R. Oxidative stress-related mechanisms in SARS-CoV-2 infections. Oxid. Med. Cell Longev. 2022; 2022: 5589089. https://doi.org/10.1155/2022/5589089

20. Basaran M.M., Hazar M., Aydın M., Uzuğ G., Özdoğan İ., Pala E., et al. Effects of COVID-19 disease on DNA damage, oxidative stress and immune responses. Toxics. 2023; 11(4): 386. https://doi.org/10.3390/toxics11040386

21. Mihaljevic O., Zivancevic-Simonovic S., Cupurdija V., Marinkovic M., Tubic Vukajlovic J., Markovic A., et al. DNA damage in peripheral blood lymphocytes of severely ill COVID-19 patients in relation to inflammatory markers and parameters of hemostasis. Mutagenesis. 2022; 37(3-4): 203–12. https://doi.org/10.1093/mutage/geac011

22. Salehi Z., Motlagh Ghoochani B., Hasani Nourian Y., Jamalkandi S.A., Ghanei M. The controversial effect of smoking and nicotine in SARS-CoV-2 infection. Allergy Asthma Clin. Immunol. 2023; 19(1): 49. https://doi.org/10.1186/s13223-023-00797-0

23. Gupta I., Sohail M.U., Elzawawi K.E., Amarah A.H., Vranic S., Al-Asmakh M., et al. SARS-CoV-2 infection and smoking: What is the association? A brief review. Comput. Struct. Biotechnol. J. 2021; 19: 1654–60. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.03.023

24. Thakkar N.V., Jain S.M. A comparative study of DNA damage in patients suffering from diabetes and thyroid dysfunction and complications. Clin. Pharmacol. 2010; 2: 199–205. https://doi.org/10.2147/CPAA.S11366

25. Singh N.P., Muller C.H., Berger R.E. Effects of age on DNA double-strand breaks and apoptosis in human sperm. Fertil. Steril. 2003; 80(6): 1420–30. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2003.04.002

26. Мейер А.В., Толочко Т.А., Минина В.И., Тимофеева А.А., Ларионов А.В. Комплексный подход к оценке генотоксичности производственных факторов угольных шахт. Генетика. 2020; 56(5): 584–91. https://doi.org/10.31857/S0016675820050100 https://elibrary.ru/jmqltc

27. Garaj-Vrhovac V., Gajski G. Evaluation of the cytogenetic status of human lymphocytes after exposure to a high concentration of bee venom in vitro. Arh. Hig. Rada Toksikol. 2009; 60(1): 27–34. https://doi.org/10.2478/10004-1254-60-2009-1896

28. Pant K., Springer S., Bruce S., Lawlor T., Hewitt N., Aardema M.J. Vehicle and positive control values from the in vivo rodent comet assay and biomonitoring studies using human lymphocytes: historical database and influence of technical aspects. Environ. Mol. Mutagen. 2014; 55(8): 633–42. https://doi.org/10.1002/em.21881

29. Gopalakrishna P., Khar A. Comet assay to measure DNA damage in apoptotic cells. J. Biochem. Biophys. Methods. 1995; 30(1): 69–73. https://doi.org/10.1016/0165-022x(94)00056-j

30. Cipollini M., He J., Rossi P., Baronti F., Micheli A., Rossi A.M., et al. Can individual repair kinetics of UVC-induced DNA damage in human lymphocytes be assessed through the comet assay? Mutat. Res. 2006; 601(1–2): 150–61. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2006.06.004

31. Shabrish S., Mittra I. Cytokine storm as a cellular response to dsDNA breaks: a new proposal. Front. Immunol. 2021; 12: 622738. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.622738

32. Wu L., O’Kane A.M., Peng H., Bi Y., Motriuk-Smith D., Ren J. SARS-CoV-2 and cardiovascular complications: From molecular mechanisms to pharmaceutical management. Biochem. Pharmacol. 2020; 178: 114114. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2020.114114

33. Жанатаев А.К., Анисина Е.А., Чайка З.В., Мирошкина И.А., Дурнев А.Д. Феномен атипичных ДНК-комет. Цитология. 2017; 59(3): 163–8. https://elibrary.ru/ykvewx

34. Tepebaşı M.Y., İlhan İ., Temel E.N., Sancer O., Öztürk Ö. Investigation of inflammation, oxidative stress, and DNA damage in COVID-19 patients. Cell Stress Chaperones. 2023; 28(2): 191–9. https://doi.org/10.1007/s12192-023-01330-3

35. Lorente L., Martín M.M., González-Rivero A.F., Pérez-Cejas A., Cáceres J.J., Perez A. et al. DNA and RNA oxidative damage and mortality of patients with COVID-19. Am. J. Med. Sci. 2021; 361(5): 585–90. https://doi.org/10.1016/j.amjms.2021.02.012

36. Xu L.H., Huang M., Fang S.G., Liu D.X. Coronavirus infection induces DNA replication stress partly through interaction of its nonstructural protein 13 with the p125 subunit of DNA polymerase δ. J. Biol. Chem. 2011; 286(45): 39546–59. https://doi.org/10.1074/jbc.M111.242206

37. Victor J., Deutsch J., Whitaker A., Lamkin E.N., March A., Zhou P., et al. SARS-CoV-2 triggers DNA damage response in Vero E6 cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2021; 579: 141–5. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.09.024

38. Fang W., Mueller D.L., Pennell C.A., Rivard J.J., Li Y.S., Hardy R.R., et al. Frequent aberrant immunoglobulin gene rearrangements in pro-B cells revealed by a bcl-xL transgene. Immunity. 1996; 4(3): 291–9. https://doi.org/10.1016/s1074-7613(00)80437-9

39. Алексеева Е.И., Тепаев Р.Ф., Шилькрот И.Ю., Дворяковская Т.М., Сурков А.Г., Криулин И.А. COVID-19-ассоциированный вторичный гемофагоцитарный лимфогистиоцитоз (синдром «цитокинового шторма»). Вестник Российской академии медицинских наук. 2021; 76(1): 51–66. https://doi.org/10.15690/vramn1410 https://elibrary.ru/nfdlwc