[go: up one dir, main page]

RU2467329C1 - Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока - Google Patents

Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока Download PDF

Info

Publication number
RU2467329C1
RU2467329C1 RU2011108037/15A RU2011108037A RU2467329C1 RU 2467329 C1 RU2467329 C1 RU 2467329C1 RU 2011108037/15 A RU2011108037/15 A RU 2011108037/15A RU 2011108037 A RU2011108037 A RU 2011108037A RU 2467329 C1 RU2467329 C1 RU 2467329C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aneuploidy
block
blood lymphocytes
culture
degree
Prior art date
Application number
RU2011108037/15A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011108037A (ru
Inventor
Юрий Анатольевич Рахманин (RU)
Юрий Анатольевич Рахманин
Николай Евгеньевич Мошков (RU)
Николай Евгеньевич Мошков
Фаина Исааковна Ингель (RU)
Фаина Исааковна Ингель
Надежда Александровна Юрцева (RU)
Надежда Александровна Юрцева
Людмила Вячеславовна Ахальцева (RU)
Людмила Вячеславовна Ахальцева
Георгий Георгиевич Кривцов (RU)
Георгий Георгиевич Кривцов
Валентина Васильевна Юрченко (RU)
Валентина Васильевна Юрченко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации
Priority to RU2011108037/15A priority Critical patent/RU2467329C1/ru
Publication of RU2011108037A publication Critical patent/RU2011108037A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2467329C1 publication Critical patent/RU2467329C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к цитогенетике, и может быть использовано для экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока. Для этого культивируют лимфоциты крови человека в условиях цитокинетического блока в присутствии изучаемого вещества. Фиксируют клетки. Приготавливают и окрашивают цитогенетические препараты. Далее после окраски для каждого препарата при помощи светового микроскопа со встроенной цифровой камерой при увеличении 10×40 проводят регистрацию изображений 100 клеток, содержащих два отдельно лежащих ядра и не имеющих видимых, в т.ч. генетических, повреждений. По этим изображениям вычисляют сумму и отношение площадей ядер в каждой такой клетке. На основании полученных данных вычисляются медианы, верхний и нижний квартили, их отношение и разность. Проводят статистическое сравнение препаратов по этим параметрам. В случае обнаружения значимых различий при уровне значимости p≤0.05, а также при обнаружении дозовой зависимости делают вывод о способности изучаемого вещества индуцировать анеуплоидию, которая ассоциируется с потенциальной генотоксической активностью. Изобретение обеспечивает сокращение времени и упрощение процедуры оценки степени анеуплоидии в системе анализа генотоксической активности факторов любой природы. 7 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к биологии и медицине, а именно - к области цитогенетического анализа - оценке анеуплоидии при определении генотоксических эффектов.
Анеуплоидия - изменение количества генетического материала в клетке по сравнению с нормой, возникающее при неравновесном делении - аномальной репликации целой хромосомы, как, например, при синдроме Дауна, либо при утрате одной или нескольких хромосом.
Морфометрия - количественная характеристика формы (длина, площадь, объем и т.д.).
Доза - количество вещества (фактора среды), введенное или попавшее в исследуемый объект, выражается в весовых, объемных или условных (биологических) единицах.
Из литературы известны следующие цитогенетические методы оценки генотоксических эффектов:
- микроядерный тест на клетках, культивированных в присутствии цитохалазина В, оценивающий частоту двуядерных клеток с микроядрами (Fenech, Morley, 1985; Yager et al., 1988; Pascoe, Stemp, 1990; Kocisova, Sram, 1990; Fenech et al., 2003);
- модифицированный микроядерный тест (микроядерный тест на клетках, культивированных в присутствии цитохалазина В, оценивающий - дополнительно к частоте двуядерных клеток с микроядрами - частоту делящихся клеток с микроядрами и нуклеоплазменными мостами, а также степень асимметрии деления клеток, особенности пролиферации клеток в культуре и частоту апоптоза) (Ингель, 2006; Ингель и др., 2006);
- метод оценки частоты хромосомных аберраций (изменения структуры хромосом, вызванные их разрывами, с последующим перераспределением, утратой или удвоением генетического материала). (Agence Internationale de l'Energie Atomique, 1984; Doloy, Malarbet, Guedency et al., 1991; Ludwików, Yun Xiao, Hoebe et al., 2002);
- метод оценки частоты сестринских хроматидных обменов (Tucker, Ashworth, Johnson et al., 1988; Sonmez, Kaya, Aktas et al., 1998; Lei, Hwang, Chang et al., 2002).
Нарушения числа хромосом могут быть выражены отсутствием одной из пары гомологичных хромосом (моносомия) или появлением добавочной, третьей, хромосомы (трисомия). Общее количество хромосом в кариотипе в этих случаях отличается от модального числа и для человека равняется 45 или 47.
Оценка степени анеуплоидии производится путем:
- подсчета количества хромосом на рутинно окрашенных метафазных пластинках, полученных в результате культивирования митогенстимулированных клеток крови с последующим накоплением клеток на стадии метафазы в присутствии колхицина (Agence Internationale de l'Energie Atomique, 1984; Doloy, Malarbet, Guedeney et. al., 1991; Ludwików, Yun Xiao, Hoebe et al., 2002). Недостаток метода связан с методикой приготовления цитогенетических препаратов - клетки, набухшие в гипотоническом растворе хлорида калия, фиксируют и раскапывают на влажные стекла. При этом цитоплазма лопается, в результате чего возможна потеря одной или нескольких хромосом из клеток, находящихся в стадии метафазы. Поэтому анеуплоидия в этом методе определяется только как увеличение числа хромосом по сравнению с модальным;
- подсчета количества люминесцирующих маркеров целых хромосом или центромерных районов хромосом с использованием FISH-окраски (fluorescence in situ hybridization; Y.B.Yurov, S.G.Vorsanova, I.Y.Iourov, I.A.Demidova, A.K.Beresheva, V.S.Kravetz, V.V.Monakhov, A.D.Kolotii, V.Y.Voinova-Ulas, N.L.Gorbachevskaya; Unexplained autism is frequently associated with low-level mosaic aneuploidy. J. Med. Genet., 2007; v.44, P.521-525). В рутинных медико-генетических исследованиях метод используется для оценки небольшого количества хромосом, являющихся маркерами определенных синдромов (например, синдрома Дауна - трисомия по 21 хромосоме, синдром Эдвардса - трисомия по 18 хромосоме, или синдром Тернера - генотип Х0, при котором в клетке присутствует 45 хромосом). Недостатком метода является невозможность определять весь хромосомный набор без использования сложной и дорогой техники и дорогих маркеров.
Из уровня техники наиболее близкого аналога предлагаемому техническому решению не выявлено.
Технической задачей предлагаемого способа является сокращение времени и упрощение процедуры оценки степени анеуплоидии в системе анализа генотоксической активности факторов любой природы (физических, химических, биологических), включая наноматериалы и воду с измененной структурой.
Технический результат достигается тем, что в способе экспресс-оценки потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока, включающем в себя культивирование лимфоцитов крови человека в условиях цитокинетического блока в присутствии изучаемого вещества, фиксацию клеток, приготовление и окраску цитогенетических препаратов, на которых после окраски для каждого препарата при помощи светового микроскопа со встроенной цифровой камерой при увеличении 10×40 проводится регистрация изображений 100 клеток, содержащих два отдельно лежащих ядра и не имеющих видимых, в т.ч. генетических, повреждений, по этим изображениям вычисляется сумма и отношение площадей ядер в каждой такой клетке. На основании полученных данных вычисляются медианы, верхний и нижний квартили, их отношение и разность, проводится статистическое сравнение препаратов по этим параметрам, в случае обнаружения значимых различий при уровне значимости р≤0,05, а также при обнаружении дозовой зависимости делается вывод о способности изучаемого вещества индуцировать анеуплоидию, которая ассоциируется с потенциальной генотоксической активностью.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
200 мкл цельной венозной крови человека культивируется стандартным образом в условиях цитокинетического блока в присутствии цитохалазина В, что приводит к образованию лимфоцитов, содержащих два и более ядра. Через 24 часа от начала культивирования в культуру добавляется исследуемое вещество или оказывается воздействие изучаемым фактором. Всего исследуются не менее пяти культур, в четыре из них добавляется исследуемое вещество в разных концентрациях, а одна культура используются для контроля. Цитохалазин В добавляется в каждую культуру на 44 часу от начала культивирования до конечной концентрации 6 мкг/мл. Еще через 28 часов культивирования клетки крови стандартно фиксируются в холодной смеси метанол-уксусная кислота (3:1). Затем нанесением нескольких капель суспензии зафиксированных клеток на сухие охлажденные предметные стекла стандартно готовятся цитогенетические препараты, которые рутинно окрашиваются азур-эозином по методу Романовского. Далее при помощи светового микроскопа со встроенной цифровой камерой при увеличении 10×40 или более на каждом препарате выбираются и фотографируются 100 двуядерных лимфоцитов без видимых, в т.ч. генетических, повреждений с отдельно лежащими четко очерченными ядрами. Полученные изображения анализируются на персональном компьютере: для каждой двуядерной клетки вычисляются сумма ([∑S]=S1+S2) и отношение (S1/S2) площадей ядер. Затем для каждого препарата формируются массивы значений этих параметров (т.о. каждой дозе и контролю соответствует два массива данных по 100 значений в каждом). Массивы значений соответствующих параметров статистически сравниваются при помощи методов непараметрического анализа (Н критерий Краскела-Уоллеса). В случае обнаружения статистически значимых различий между опытом и контролем (уровень значимости p≤0,05), а также при обнаружении дозовой зависимости исследуемое вещество (фактор) признается обладающим потенциальной генотоксической активностью. Также для указанных параметров вычисляются медианы (Med[∑S], Med[S1/S2]), верхний (75‰) и нижний (25‰) квартили, их отношение (75‰/25‰) и разность (75‰-25‰). В случае обнаружения зависимости этих параметров от дозы вещества или обнаружения различий с контролем, превышающих погрешности измерения, исследуемое вещество (фактор) признается обладающим потенциальной генотоксической активностью.
Примеры реализации способа
1. При исследовании генотоксической активности N-метил-N-нитро-N-нитрозогуанидина (МННГ, Aldrich) - соединения, обладающего мутагенной и канцерогенной активностями, которое используется в экспериментах как стандартный мутаген (индуктор нестабильности генома) (Рис.1 - Рис.3)
Проверка распределения морфометрических данных на нормальность критерием Шапиро-Уилка показала, что распределения отличаются от нормального с максимальным уровнем значимости р=0,01097. Методом Краскела-Уоллеса выявлено, что существуют статистически значимые различия между морфометрическими показателями, вычисленными для разных доз МННГ. При этом для Med[∑S] уровень значимости р=0,0000, а для Med[S1/S2] р=0,0031. С ростом дозы МННГ наблюдается стабильное уменьшение значений Med[S1/S2] и Med[∑S]norm (Рис.1). Цитогенетический анализ выявил выраженное дозозависимое снижение % 2-ядерных клеток в пролиферативном пуле и спектре делящихся клеток, а также рост % 1-ядерных клеток. Ярко выражены индукция МЯ в 2-ядерных клетках с увеличением дозы МННГ (характерный признак генотоксической активности), снижение % клеток в состоянии апоптоза (закрепление генетических повреждений). Проявляются эффекты увеличения асимметрии деления во 2-м митозе (увеличение частоты 3-ядерных клеток - маркер анеуплоидии), а также снижение % клеток в состоянии митоза. Эти результаты демонстрируют связь размеров и функционального состояния клеточного ядра и позволяют рассматривать морфометрию клеточных ядер как перспективный метод экспресс-оценки генотоксической активности веществ, в т.ч. - анеуплоидии.
2. При исследовании потенциальной генотоксической активности нановолокон гидроксида алюминия (AHN) (тип материала - IPC (AlOOH - 55%, Al(ОН)3 - 33%, Al2O3 - 5%, Al≤5%, H2O≤2%, другие компоненты <0,55%), изготовлен ООО «Передовые порошковые технологии», РФ) (Рис.4 - Рис.6)
Проверка распределения морфометрических данных на нормальность критерием Шапиро-Уилка показала, что распределения отличаются от нормального с максимальным уровнем значимости р=0,04633. Методом Краскела-Уоллеса выявлены статистически значимые различия между показателями Med[∑S], вычисленными для разных доз AHN (р=0,0000). Различий по показателям Med[S1/S2] обнаружено не было (р=0,2467). С ростом дозы AHN наблюдается увеличение значений Med[∑S] и (75‰-25‰)∑[S], со скачком на малой дозе (Рис.4, Рис.5). В целом морфометрический анализ показывает тенденцию к увеличению размеров клеточных ядер и доли 2-ядерных клеток с асимметричными ядрами с увеличением дозы AHN. Цитогенетический анализ в модифицированном микроядерном тесте лимфоцитов крови из тех же культур выявил дозозависимое увеличение % 2-ядерных клеток в пролиферативном пуле и спектре делящихся клеток, а также снижение % 3- и 4-ядерных клеток. Наблюдается тенденция к дозозависимому снижению уровня повреждений во всех типах клеток, снижению % клеток в состоянии апоптоза и митоза. Проявляются эффекты снижения асимметрии деления во 2-м митозе (маркер анеуплоидии) и снижения % 3-ядерных клеток с микроядрами. То есть результаты цитогенетических исследований во всем диапазоне доз противоположны результатам морфометрии. В то же время цитогенетические эффекты минимальной из использованных доз AHN демонстрируют повышение генотоксичности по сравнению с контролем практически по всем параметрам (что полностью соответствуют данным морфометрии). При больших уровнях воздействия AHN наблюдаются цитотоксические эффекты, связанные с гибелью - в первую очередь - поврежденных клеток, что статистически проявляется в снижении генотоксических эффектов. Таким образом, результаты морфометрического анализа не противоречат данным цитогенетических исследований.
3. Исследование влияния нано- и микрочастиц диоксида титана на морфометрические показатели и показатели микроядерного теста на культуре цельной крови человека (Рис.7)
Исследования проводили на крови двух доноров. Нано-ДТ вызывал дозозависимое увеличение асимметрии ядер в двуядерных клетках культур обоих доноров. При этом между морфометрическими показателями и несколькими показателями цитогенетического анализа выявлены значимые (p≤0,05) корреляции. Это доказывает перспективность использования морфометрии ядер для предварительного скрининга генотоксических эффектов в микроядерном тесте с цитохалазином В. Асимметрия ядер в двуядерных клетках может свидетельствовать о наличии анеуплоидии либо о различиях в компактности хроматина, возникших в результате экспозиции ДТ. Индукция любого из этих событий указывает на наличие генотоксической активности у изучаемого фактора.
В качестве примера на рисунке (Рис.7) для обоих доноров приведена динамика соотношения площадей ядер в двуядерных клетках по сравнению с изменением частоты 3-ядерных клеток с микроядрами (r2=0,988, p≤0,05).

Claims (1)

  1. Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока, включающий в себя культивирование лимфоцитов крови человека в условиях цитокинетического блока в присутствии изучаемого вещества, фиксацию клеток, приготовление и окраску цитогенетических препаратов, на которых после окраски для каждого препарата при помощи светового микроскопа со встроенной цифровой камерой при увеличении 10×40 проводится регистрация изображений 100 клеток, содержащих два отдельно лежащих ядра и не имеющих видимых, в т.ч. генетических повреждений, по этим изображениям вычисляется сумма и отношение площадей ядер в каждой такой клетке, на основании полученных данных вычисляются медианы, верхний и нижний квартили, их отношение и разность, проводится статистическое сравнение препаратов по этим параметрам, в случае обнаружения значимых различий при уровне значимости p≤0,05, а также при обнаружении дозовой зависимости делается вывод о способности изучаемого вещества индуцировать анеуплоидию, которая ассоциируется с потенциальной генотоксической активностью.
RU2011108037/15A 2011-03-03 2011-03-03 Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока RU2467329C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011108037/15A RU2467329C1 (ru) 2011-03-03 2011-03-03 Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011108037/15A RU2467329C1 (ru) 2011-03-03 2011-03-03 Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011108037A RU2011108037A (ru) 2012-09-10
RU2467329C1 true RU2467329C1 (ru) 2012-11-20

Family

ID=46938525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011108037/15A RU2467329C1 (ru) 2011-03-03 2011-03-03 Способ экспресс-оценки степени потенциальной генотоксической активности веществ и факторов среды по наличию анеуплоидии в лимфоцитах периферической крови человека, образовавшихся в результате культивирования в условиях цитокинетического блока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2467329C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054176C1 (ru) * 1992-08-21 1996-02-10 Фирма "Информ Инженеринг" Способ идентификации физиологических систем
RU2223494C1 (ru) * 2002-07-15 2004-02-10 Научно-исследовательский институт медицинской генетики ТНЦ СО РАМН Способ оценки мутагенных воздействий
WO2005121365A2 (en) * 2004-06-11 2005-12-22 Reliance Life Sciences Pvt Ltd Identifying chromosomal abnormalities in cells obtained from follicular fluid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2054176C1 (ru) * 1992-08-21 1996-02-10 Фирма "Информ Инженеринг" Способ идентификации физиологических систем
RU2223494C1 (ru) * 2002-07-15 2004-02-10 Научно-исследовательский институт медицинской генетики ТНЦ СО РАМН Способ оценки мутагенных воздействий
WO2005121365A2 (en) * 2004-06-11 2005-12-22 Reliance Life Sciences Pvt Ltd Identifying chromosomal abnormalities in cells obtained from follicular fluid

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИНГЕЛЬ Ф.И. Перспективы использования микроядерного теста на лимфоцитах крови человека, культивируемых в условиях цитокинетического блока // Экологическая генетика, 2006, №3, т. IV, с.7-19. АВТАНДИЛОВ Г.Г. Медицинская морфометрия. Руководство. // М.: Медицина, 1990, с.139-149, с.248-268, с.342-351. КРУГЛОВА З.Ф. Генотоксический потенциал сточных вод и осадков как составная часть их токсикологической характеристики: Автореферат диссертации на соискание научной степени кандидат биологических наук, 2002. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011108037A (ru) 2012-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nicholson et al. Chromosome mis-segregation and cytokinesis failure in trisomic human cells
Harley et al. Transcription factors operate across disease loci, with EBNA2 implicated in autoimmunity
Hortigon-Vinagre et al. The use of ratiometric fluorescence measurements of the voltage sensitive dye Di-4-ANEPPS to examine action potential characteristics and drug effects on human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes
Cimini et al. Merotelic kinetochore orientation versus chromosome mono-orientation in the origin of lagging chromosomes in human primary cells
Robson et al. Constrained release of lamina-associated enhancers and genes from the nuclear envelope during T-cell activation facilitates their association in chromosome compartments
Montaño et al. Measuring cell-type specific differential methylation in human brain tissue
Gagliano et al. Genomics implicates adaptive and innate immunity in Alzheimer's and Parkinson's diseases
Gerlitz et al. Efficient cell migration requires global chromatin condensation
Mitra et al. A hyperfused mitochondrial state achieved at G1–S regulates cyclin E buildup and entry into S phase
Asare et al. Coupling organelle inheritance with mitosis to balance growth and differentiation
Rosin et al. Chromosome territory formation attenuates the translocation potential of cells
Dellaire et al. Mitotic accumulations of PML protein contribute to the re-establishment of PML nuclear bodies in G1
Bull et al. Folate deficiency is associated with the formation of complex nuclear anomalies in the cytokinesis‐block micronucleus cytome assay
Bannik et al. Are mouse lens epithelial cells more sensitive to γ-irradiation than lymphocytes?
Iancu et al. On the relationships in rhesus macaques between chronic ethanol consumption and the brain transcriptome
Roci et al. Metabolite profiling and stable isotope tracing in sorted subpopulations of mammalian cells
McKenna et al. Use of the comet-FISH assay to demonstrate repair of the TP53 gene region in two human bladder carcinoma cell lines
Ptasinski et al. Modeling fibrotic alveolar transitional cells with pluripotent stem cell-derived alveolar organoids
Dahl et al. The reconstructed skin micronucleus assay (RSMN) in EpiDerm™: detailed protocol and harmonized scoring atlas
Smilenov et al. A microbeam study of DNA double-strand breaks in bystander primary human fibroblasts
Guertler et al. The WST survival assay: an easy and reliable method to screen radiation-sensitive individuals
Huang et al. The fate of micronucleated cells post X-irradiation detected by live cell imaging
Pendina et al. DNA methylation patterns of metaphase chromosomes in human preimplantation embryos
Quinsgaard et al. Single-cell tracking as a tool for studying EMT-phenotypes
Yamada et al. Single-cell transcriptional analysis reveals developmental stage-dependent changes in retinal progenitors in the murine early optic vesicle