Влияние полиморфизма гена CAT на чувствительность лимфоцитов человека к генотоксическому действию хлорорганического пестицида in vitro

Введение. В последние десятилетия в токсикогенетических исследованиях особое внимание уделяют вопросам нестабильности генома при действии генотоксикантов с учётом биомаркеров чувствительности. Настоящее исследование посвящено изучению чувствительности лимфоцитов периферической крови доноров к хлорпирифосу in vitro и оценке вклада полиморфизма генов системы антиоксидантной защиты [CAT (rs1001179), SOD2 (rs4880)] в ответ клеток человека на действие генотоксиканта. Вопрос о генотоксическом потенциале хлорпирифоса остаётся открытым, так как в разнообразных тестах выявлены как позитивные, так и негативные эффекты.

Материалы и методы. Оценка ДНК-повреждающего действия хлорпирифоса выполнена на лимфоцитах 52 доноров методом ДНК-кометного анализа в условиях метаболической активации (+S9) и без неё (−S9). Исследование цитотоксических эффектов хлорпирифоса на лимфоцитах человека проведено с помощью автоматического флуоресцентного клеточного анализатора ADAMII LS.

Результаты. Хлорпирифос оказывал выраженное цитотоксическое действие на лимфоциты большинства доноров в отсутствие системы метаболической активации. При увеличении концентрации пестицида в среде и времени культивирования жизнеспособность лимфоцитов падала, росла доля клеток в позднем апоптозе и некрозе. Позитивные генотоксические эффекты выявлены на клетках 33 доноров (−S9). В присутствии смеси S9 слабые, но статистически значимые эффекты выявлены только для клеток двух доноров. Величины показателя «% ДНК в хвосте комет» после воздействия пестицида отличались для клеток разных доноров. В отсутствие метаболической активации обнаружено статистически значимое повышение уровня повреждений ДНК в клетках лиц с генотипом AA (гомозигота по минорному аллелю) по гену каталазы CAT G262A (rs1001179) по сравнению с гомозиготой по доминантному аллелю GG.

Ограничение исследования. Изучение генотоксичности хлорпирифоса проведено в условиях in vitro.

Заключение. Результаты настоящего исследования свидетельствуют о цитотоксическом и генотоксическом действии хлорпирифоса. Установлено, что чувствительность к этому пестициду клеток разных доноров может в значительной степени отличаться. Показана ассоциация уровня повреждений ДНК при воздействии хлорпирифоса в условиях in vitro с полиморфизмом G262A гена каталазы. Результаты исследования также подтверждают возможность использования лимфоцитов периферической крови как модельной системы для оценки потенциального генетического риска для человека и изучения вклада полиморфизма генов в индивидуальную чувствительность к действию генотоксикантов.

Соблюдение этических стандартов. Исследование с участием добровольцев одобрено Этическим комитетом ФБУН «Федеральный научный центр гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора (протокол № 1 от 29.09.2020 г.). Все доноры дали информированное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов:
Ракитский В.Н. — научное руководство;
Илюшина Н.А. — концепция и дизайн исследования, сбор данных литературы, анализ результатов, написание текста;
Егорова О.В. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и данных литературы, анализ результатов, написание текста;
Аверьянова Н.С., Котнова А.П., Горенская О.В. — сбор материала;
Игнатьев С.Д. — обработка 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.

Благодарности. Авторы выражают благодарность компании ООО «Биолайн» и лично Эдуарду Мингазову за возможность проведения исследования по оценке цитотоксических эффектов с помощью автоматического флуоресцентного клеточного анализатора ADAMII LS, Nano Entek, полученного по договору безвозмездной аренды.

Поступила: 21.06.2024 / Поступила после доработки: 14.08.2024 / Принята к печати: 23.09.2024 / Опубликована: 16.10.2024

1. Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирнихина С.А. Клиническая генетика. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2020.

2. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды. М.: Медицина; 1989.

3. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А. Персонализированная токсикология. Феноменология. Актуальность. Перспективы развития. Медицинский академический журнал. 2020; 20(3): 61–73. https://doi.org/10.17816/MAJ34959 https://elibrary.ru/huduyz

4. Граник В.Г. Метаболизм экзогенных соединений. М.: Вузовская книга; 2006.

5. Абилев С.К., Глазер В.М. Мутагенез с основами генотоксикологии. СПб.: Нестор-История; 2015.

6. Зайцева Н.В., Землянова М.А., Алексеев В.Б., Щербина С.Г. Цитогенетические маркеры и гигиенические критерии оценки хромосомных нарушений у населения и работников в условиях воздействия химических факторов с мутагенной активностью (на примере металлов, ароматических углеводородов, формальдегида). Пермь: Книжный формат; 2013. https://elibrary.ru/wvlnox

7. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А. Процессы детоксикации при воздействии химических веществ на организм. СПб.; 2017. https://elibrary.ru/zdctcr

8. Usman M.B., Priya K., Pandit S., Gupta P.K., Agrawal S., Sarma H., et al. Genetic polymorphisms and pesticide-induced DNA damage: a review. Open Biotechnol. J. 2021; 15(1): 119–30. https://doi.org/10.2174/1874070702115010119

9. Bourguignon M.H., Gisone P.A., Perez M.R., Michelin S., Dubner D., Giorgio M.D., et al. Genetic and epigenetic features in radiation sensitivity. Part I: cell signalling in radiation response. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. 2005; 32(2): 229–46. https://doi.org/10.1007/s00259-004-1730-7

10. Guedes Pinto T., da Silva G.N., Renno A.C.M., Salvadori D.M.F., Ribeiro D.A. The impact of genetic polymorphisms on genotoxicity in workers occupationally exposed to pesticides: a systematic review. Toxicol. Mech. Methods. 2024; 34(3): 237–44. https://doi.org/10.1080/15376516.2023.2280806

11. Singh S., Kumar V., Vashisht K., Singh P., Banerjee B.D., Rautela R.S., et al. Role of genetic polymorphisms of CYP1A1, CYP3A5, CYP2C9, CYP2D6, and PON1 in the modulation of DNA damage in workers occupationally exposed to organophosphate pesticides. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2011; 257(1): 84–92. https://doi.org/10.1016/j.taap.2011.08.021

12. Liu Y.J., Huang P.L., Chang Y.F., Chen Y.H., Chiou Y.H., Xu Z.L., et al. GSTP1 genetic polymorphism is associated with a higher risk of DNA damage in pesticide-exposed fruit growers. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 2006; 15(4): 659–66. https://doi.org/10.1158/1055-9965.epi-05-0617

13. Москалева Е.Ю., Илюшина Н.А., Захаров В.Н., Федоров А.Н., Караулов А.В., Порошенко Г.Г. Способность лимфоцитов периферической крови здоровых доноров к репарации ДНК. Терапевтический архив. 1985; 57(7): 116–8. https://elibrary.ru/sctlpj

14. Müller W.U., Bauch T., Stüben G., Sack H., Streffer C. Radiation sensitivity of lymphocytes from healthy individuals and cancer patients as measured by the comet assay. Radiat. Environ. Biophys. 2001; 40(1): 83–9. https://doi.org/10.1007/s004110000087

15. European Food Safety Authority (EFSA). Statement on the available outcomes of the human health assessment in the context of the pesticides peer review of the active substance chlorpyrifos. EFSA J. 2019; 17(8): e05809. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2019.5809

16. Царёва А.А., Игнатьев С.Д., Егорова О.В., Аверьянова Н.С., Котнова А.П., Илюшина Н.А. Влиияние пестицида из класса фталимидов на лимфоциты периферической крови человека in vitro: индукция повреждений ДНК. Токсикологический вестник. 2023; 31(6): 376–84. https://doi.org/10.47470/0869-7922-2023-31-6-376-384 https://elibrary.ru/orykxh

17. Бабаева А.Г., Тишевская Н.В., Геворкян Н.М. О морфогенетических свойствах РНК лимфоидных и стволовых клеток при восстановительных процессах. М.: Группа МДВ; 2016. https://elibrary.ru/wetwgv

18. Liew C.C., Ma J., Tang H.C., Zheng R., Dempsey A.A. The peripheral blood transcriptome dynamically reflects system wide biology: a potential diagnostic tool. J. Lab. Clin. Med. 2006; 147(3): 126–32. https://doi.org/10.1016/j.lab.2005.10.005

19. Barnes M.G., Aronow B.J., Luyrink L.K., Moroldo M.B., Pavlidis P., Passo M.H., et al. Gene expression in juvenile arthritis and spondyloarthropathy: pro-angiogenic ELR+ chemokine genes relate to course of arthritis. Rheumatology (Oxford). 2004; 43(8): 973–9. https://doi.org/10.1093/rheumatology/keh224

20. Echeverri-Jaramillo G., Jaramillo-Colorado B., Sabater-Marco C., Castillo-López M.Á. Cytotoxic and estrogenic activity of chlorpyrifos and its metabolite 3,5,6-trichloro-2-pyridinol. Study of marine yeasts as potential toxicity indicators. Ecotoxicology. 2021; 30(1): 104–17. https://doi.org/10.1007/s10646-020-02315-z

21. Shabbir Md, Singh M., Maiti S., Saha S.K. Organophosphate pesticide (Chlorpyrifos): Environmental menace; study reveals genotoxicity on plant and animal cells. Environmental Challenges. 2021(5): 100313. https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100313

22. Salama M., El-Morsy D., El-Gamal M., Shabka O., Mohamed W.M. Mitochondrial complex I inhibition as a possible mechanism of chlorpyrifos induced neurotoxicity. Ann. Neurosci. 2014; 21(3): 85–9. https://doi.org/10.5214/ans.0972.7531.210303

23. Uzun F.G., Kalender Y. Chlorpyrifos induced hepatotoxic and hematologic changes in rats: the role of quercetin and catechin. Food Chem. Toxicol. 2013; 55: 549–56. https://doi.org/10.1016/j.fct.2013.01.056

24. Аладьева Т.Л., Зиматкин С.М. Каталаза клетки: строение, биогенез, многообразие, функции. Экспериментальная биология и биотехнология. 2022; (1): 12–22. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-1-12-22 https://elibrary.ru/bzugrr

25. Moret-Tatay I., Nos P., Iborra M., Rausell F., Beltrán B. Catalase inhibition can modulate the ability of peripheral blood T cells to undergo apoptosis in Crohn’s disease. Clin. Exp. Immunol. 2024; 217(1): 45–56. https://doi.org/10.1093/cei/uxad134

26. Nadif R., Mintz M., Jedlicka A., Bertrand J.P., Kleeberger S.R., Kauffmann F. Association of CAT polymorphisms with catalase activity and exposure to environmental oxidative stimuli. Free Radic. Res. 2005; 39(12): 1345–50. https://doi.org/10.1080/10715760500306711

27. Колесникова Л.И., Баирова Т.А., Первушина О.А. Гены ферментов антиоксидантной системы. Вестник Российской академии медицинских наук. 2013; 68(12): 83–8. https://doi.org/10.15690/vramn.v68i12.865 https://elibrary.ru/rtayat

28. Майкопова Е.В., Алимова Ф.К., Подольская А.А., Кравцова О.А. Ассоциация полиморфных вариантов генов супероксиддисмутаз с риском развития ишемической болезни сердца. В кн.: VI Международная научно-практическая конференция «Спецпроект: анализ научных исследований». Том 4 Днепропетровск; 2011: 6–9. https://elibrary.ru/ynxlfd

29. Ahn J., Nowell S., McCann S.E., Yu J., Carter L., Lang N.P., et al. Associations between catalase phenotype and genotype: modification by epidemiologic factors. Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. 2006; 15(6): 1217–22. https://doi.org/10.1158/1055-9965.epi-06-0104