Закономерности и механизмы аномального ответа лимфоцитов на повреждения ДНК, обусловленные индивидуальными особенностями организма

Чтобы выявить генотоксические эффекты производственной среды, к исследованию привлекались работники завода из цехов с преимущественным воздействием шума и вибрации, а также контактирующие с комплексом химических агентов, включая, прежде всего, абразивные и другие промышленные пыли, бензол, фенол, формальдегид и некоторые металлы (хром, свинец и др.).

Доказано, что постоянное воздействие шума и вибрации влияет на здоровье [Mahendra Prashanth, Sridhar, 2008]. Несмотря на то, что генотоксичность этих факторов слабо изучена, установлены кластогенные и ДНК-повреждающие эффекты шума и вибрации на лабораторных животных [Silva et al., 2002; Frenzilli et al., 2004]. В отличие от физических факторов, химические агенты, в частности бензол, фенол, формальдегид, сами, или через активированные метаболиты, индуцируют мутационные события в различных тест-системах [Anderson et al., 1995; Speit et al., 2007]. Результаты мониторинга населения свидетельствуют о генотоксическом и канцерогенном риске при хроническом воздействии на людей этих органических соединений [Roma-Torres et al., 2006; Costa et al., 2011], также как и ряда металлов [Maeng et al., 2004; Grover et al., 2010]. Цитотоксические и кластогенные эффекты минеральных частиц установлены на модельных объектах [Zhang et al., 2000; Yang et al., 2009] и в группах рабочих, подвергающихся профессиональным воздействиям кремний-содержащей пыли [De-mircigil et al., 2010]. В эпидемиологических исследованиях представлены доказательства канцерогенности кремниевых частиц [Soutar et al., 2000]. Поэтому ожидалось, что, по крайней мере, загрязнение производственной среды перечисленными химическими соединениями может оказать повреждающее действие на геном лимфоцитов.

Статус лимфоцитов периферической крови рассматривается в качестве адекватного биологического индикатора воздействия ксенобиотиков [Gil, Р1а, 2001]. Однако нельзя исключить ситуацию, когда первичные мишени (например, клетки респираторного тракта) могут подвергаться действию более высоких концентраций загрязнителей, и соответственно, реагировать сильнее. Так, проверка генотоксичности кремниевой пыли в группах шлифовщиков, рабочих пескоструйных аппаратов и стекольного производства показала, что эта профессиональная вредность вызывает трехкратное увеличение частоты микроядер в клетках слизистой носа по сравнению с двукратным увеличением в клетках крови [Demircigil et al., 2010].

Средние уровни фоновых повреждений ДНК в нашем исследовании не превышали контрольные значения, свидетельствуя, что химические загрязнители представлены в воздухе рабочей зоны в негенотоксичных концентрациях. Модернизация рабочих мест, применение индивидуальных средств защиты, улучшение профилактической помощи и медицинского обслуживания обеспечили защиту генома у обследованных работников, несмотря на вредные условия труда.

Полученные результаты указывали на межиндивидуальные различия изучаемых параметров (рис. 4.1, 4.2), что позволило обнаружить повышение чувствительности лимфоцитов к повреждениям ДНК у отдельных лиц при определенных условиях. Установлено, что частота встречаемости чувствительных индивидуумов значительно выше среди пожилых людей, чем во всей когорте здоровых работников завода. Это находится в соответствии с накоплением нерепарированных повреждений ДНК в лимфоцитах (табл. 4.4), а также с данными литературы, показывающими, что непосредственной причиной старения и связанных с возрастом болезней являются повреждения ядерной ДНК вследствие постепенного подавления репарационных функций [Best, 2009; Haigis, Yankner, 2010]. Кроме того, в этой группе значительно возрастает доля индивидуумов с более высоким уровнем повреждений ДНК сразу после обработки лимфоцитов in vitro пероксидом водорода, что может указывать на недостаточность антиоксидантной защиты и согласуется с данными о накоплении окислительных повреждений [Gan et al., 2012; Lohr et al., 2014] вследствие изменений редокс-регуляции при старении [Kim et al., 2002; Jones, 2006; Humphries, Szweda, Szweda, 2006].

Другой интересный факт получен при изучении состояния генома лимфоцитов у людей с хроническими воспалительными заболеваниями. Оказалось, что пропорция чувствительных индивидуумов в этой группе не менее чем в три раза превосходит этот показатель в общей когорте работников и группе подобранного контроля (табл. 4.5), причем существенно (в 5-8 раз) повышается чувствительность клеток крови к окислительному стрессу. Известно, что постоянные повреждения ДНК и хроматина стимулируют секрецию воспалительных цитокинов [Rodier et al., 2009], и в то же время хронический воспалительный процесс сопровождается накоплением АФК и окислительных повреждений ДНК в органах-мишенях [Bartsch, Nair, 2006]. Анализ данных, полученных на различных биологических моделях (клетках крови и мочи человека, в культурах клеток млекопитающих) при воздействии загрязняющих воздух частиц in vivo и in vitro, также свидетельствует, что повреждения ДНК генерируются в результате индукции окислительного стресса и воспалительной реакции, а также их взаимного влияния друг на друга [Moller et al., 2014]. Внутриклеточный редокс-гомеостаз поддерживается равновесием между продукцией АФК и удалением реактивных радикалов антиоксидантными системами. Поэтому подавление антиоксидантной способности клеток приводит к стимуляции воспалительных реакций на окислительный стресс при аутоиммунных и других воспалительных заболеваниях, включая хронический пиелонефрит и деструктивный бронхит [Rahman, Adcock, 2006; Filippin et al., 2007; Gurocak et al., 2010]. Наши данные, а именно, существенное повышение начального уровня Н2О2-индуцированных повреждений ДНК (табл. 4.5), также свидетельствуют о снижении антиоксидантной защиты у части обследованных лиц из этой группы.

Наличие межиндивидуальных различий в ответе лимфоцитов на повреждения ДНК согласуется с данными других авторов. Например, у здоровых некурящих молодых людей уровни повреждений ДНК разнились в 8 раз, уровни повреждений после обработки клеток пероксидом водорода - в 16 раз, а репарационная способность клеток различалась в 41 раз [Caple et al., 2010]. Выраженная вариабельность клеточного ответа наблюдалась у здоровых субъектов благодаря полиморфизму генов, определяющих индивидуальную чувствительность к ДНК-повреждающему действию металлов [Lee et al., 2005; Di Pietro et al., 2011] или других поллютантов [Sun et al., 2008; Zhu et al, 2008]. Это повлекло за собой более глубокое исследование генетического полиморфизма как одной из причин риска развития тех или иных патологических последствий в результате контакта с химическим загрязнением среды или профессиональными вредностями [Zhang et al., 2012; Barry et al., 2011, 2012; Xiao et al., 2013]. Предполагается, что индивидуальная чувствительность генома человека влияет на качество его жизни [Ингель, 2005]. Наши данные показывают, что среди изученных факторов хронические воспаления, пожилой возраст, и в какой-то мере комплекс химических агентов, даже не оказывая прямых генотоксических эффектов, в состоянии модифицировать индивидуальный ответ клеток на повреждения ДНК.

С помощью описанных ранее статистических подходов, выявлена группа лиц с повышенной чувствительностью лимфоцитов к повреждениям ДНК. Предыдущая дискуссия позволяет предположить двойственные механизмы, лежащие в основе наблюдаемой дестабилизации генома:

модуляция клеточного ответа может быть обусловлена длительным постоянным воздействием вредных (мутагенных) факторов среды',

однако в нашей работе получены доказательства в пользу зависимости клеточного ответа на повреждения ДНК от индивидуальных особенностей организма.

К таким особенностям можно отнести некоторые функциональные изменения в системах детоксикации ксенобиотиков и репарации ДНК, вызванные межиндивидуальными вариациями полиморфных генов, контролирующих эти защитные процессы, и/или редукцией экспрессии соответствующих генов в связи со старением, патологическими состояниями либо профессиональными вредностями.

Для подтверждения выдвинутых предположений необходимы специальные исследования, но уже сейчас наши данные можно объяснить (по крайней мере, частично) нарушением процесса репарации ДНК у пожилых людей и снижением антиоксидантной защиты у лиц с хроническими воспалительными заболеваниями. Кроме того, результаты указывают на взаимосвязь хронического воспаления с повышенной чувствительностью лимфоцитов к повреждениям ДНК. Следовательно, эти признаки дестабилизации генома могут быть использованы как косвенные биомаркеры патологических состояний и потенциальной предрасположенности отдельных индивидуумов к воспалительным и другим заболеваниям.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >