Determination of oxidative damage markers of nucleic acids 8-hydroxyguanosine and 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine in urine by high performance liquid chromatography with tandem mass spectrometric detection

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Products of oxidative damage to nucleic acids are considered as relatively stable biomarkers in the diagnosis of negative consequences of oxidative stress. The content of biomarkers of oxidative degradation of DNA (8-hydroxy-2’-deoxyguanosine, 8-OHdG) and RNA (8-hydroxyguanosine, 8-OHG) in biofluids increases when the body is exposed to toxic compounds, radiation and other negative factors associated with oxidative stress. Due to the non-invasiveness of sampling and higher concentrations of target analytes, urine is considered as a priority matrix for biomonitoring the consequences of oxidative stress. A procedure for the combined determination of 8-OHdG and 8-OHG in urine by HPLC-MS/MS has been developed. A structurally similar exogenous compound 8-(1-hydroxybutan-2-ylamino)-1,3,7-trimethyl-1-purine-2,6(3H,7H) was selected as an internal standard. The measurement range for both analytes was set within 1 to 50 ng/mL. To prepare bioassays for analysis, a solid-phase extraction procedure on a hydrophilic-lipophilic sorbent (HLB) in the target substance retention mode was optimized. When using high-resolution HPLC-MS/MS technology, the error of analysis does not exceed 25 % over the entire measurement range. A total of 130 urine samples of chemical plant workers aged 20 to 70 years without diagnosed systemic diseases were analyzed. The 8-OHdG content in the urine samples was in the range of 1 to 20 ng/mL, and 8-OHG – from 2 to 12 ng/mL. The dependence of concentrations of both biomarkers in urine on the age of the worker was established.

About the authors

E. I. Savelieva

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia

Email: saveleva@rihophe.site
st. Kapitolovo, g.p. Kuzmolovsky, Vsevolozhsk district, Leningrad region, Russia

G. V. Karakashev

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia

st. Kapitolovo, g.p. Kuzmolovsky, Vsevolozhsk district, Leningrad region, Russia

M. V. Belyakov

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia

st. Kapitolovo, g.p. Kuzmolovsky, Vsevolozhsk district, Leningrad region, Russia

A. S. Venediktov

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia

st. Kapitolovo, g.p. Kuzmolovsky, Vsevolozhsk district, Leningrad region, Russia

A. N. Bikbulatov

Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology of the Federal Medical and Biological Agency of Russia

st. Kapitolovo, g.p. Kuzmolovsky, Vsevolozhsk district, Leningrad region, Russia

References

  1. Syslová K., Böhmová A., Mikoška M., Kuzma M., Pelclová D., Kačer P. Multimarker screening of oxidative stress in aging // Oxid. Med. Cell Longev. 2014. Article 562860.
  2. Giustarini D., Dalle-Donne I., Tsikas D., Rossi R. Oxidative stress and human diseases: Origin, link, measurement, mechanisms, and biomarkers // Crit. Rev. Clin. Lab. Sci. 2009. V. 46. P. 241.
  3. Reverri E.J., Morrissey B.M., Cross C.E., Steinberg F.M. Inflammation, oxidative stress, and cardiovascular disease risk factors in adults with cystic fibrosis // Free Radic. Biol. Med. 2014. V. 76. P. 261.
  4. Andrisic L., Dudzik D., Barbas C., Milkovic L., Grune T., Zarkovic N. Short overview on metabolomics approach to study pathophysiology of oxidative stress in cancer // Redox Biol. 2018. V. 14. P. 47.
  5. Ho E., Galougahi K.K., Liu C.-C., Bhindi R., Figtree G.A. Biological makers of oxidative stress: Applications to cardiovascular research and practice // Redox Biol. 2013. V. 1. P. 483.
  6. Rodrigo R., Libuy M., Feliú F., Hasson D. Oxidative stress-related biomarkers in essential hypertension and ischemia-reperfusion myocardial damage // Dis. Markers. 2013. V. 35. P. 773.
  7. Zinellu E., Zinellu A., Fois A. G., Carru C., Pirina P. Circulating biomarkers of oxidative stress in chronic obstructive pulmonary disease: A systematic review // Respir. Res. 2016. V. 17. P. 150.
  8. Shroff A., Mamalis A., Jagdeo J. Oxidative stress and skin fibrosis // Curr. Pathobiol. Rep. 2014. V. 2. P. 257.
  9. Araki E., Nishikawa T. Oxidative stress: A cause and therapeutic target of diabetic complications // J. Diabetes Investig. 2010. V. 1. P. 90.
  10. Niedzielska E., Smaga I., Gawlik M., Monieczewski A., Stankowiez P., Pera J., Filip M. Oxidative stress in neurodegenerative diseases // Mol. Neurobiol. 2016. V. 53. P. 4094.
  11. Padurariu M., Ciobica A., Lefter R., Serban I.L., Stefanescu C., Chirita R. The oxidative stress hypothesis in Alzheimer’s disease // Psychiatr. Danub. 2013. V. 25. P. 401.
  12. Kino K., Hirao-Suzuki M., Morikawa M., Sakaga A., Miyazawa, H. Generation, repair and replication of guanine oxidation products// Genes Environ. 2017. V. 39. P. 21.
  13. Schaich M.A., Weaver T.M., Roginskaya V., Freudenthal B.D., Van Houten B. Single-molecule analysis of purified proteins and nuclear extracts: Insights from 8-oxoguanine glycosylase 1 // DNA Repair. 2024. V. 134. Article 103625.
  14. Nie J.J., Pian Y.Y., Hu J.H., Fan G.Q., Zeng L.T., Ouyang Q.G. Increased systemic RNA oxidative damage and diagnostic value of RNA oxidative metabolites during Shigella flexneri-induced intestinal infection // World J. Gastroenterol. 2021. V. 27. № 37. P. 6248.
  15. Guo C., Chen Q., Chen J., Yu J., Hu Y., Zhang S., Zheng S. 8-Hydroxyguanosine as a possible RNA oxidative modification marker in urine from colorectal cancer patients: Evaluation by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry // J. Chromatogr. B: Anal. Technol. Biomed. Life Sci. 2020. V. 1136. Article 121931.
  16. Broedbaek K., Ribel-Madsen R., Henriksen T., Weimann A., Petersen M., Andersen J.T. Genetic and environmental influences on oxidative damage assessed in elderly Danish twins // Free Radic. Biol. Med. 2011. V. 50. № 11. P.1488.
  17. Hofer T., Seo A.Y., Prudencio M., Leeuwenburgh C. A method to determine RNA and DNA oxidation simultaneously by HPLC-ECD: Greater RNA than DNA oxidation in rat liver after doxorubicin administration // Biol. Chem. 2006. V. 387. № 1. P. 103.
  18. Liu Q., Liu Z., Wang C.C., Gao X., Li C.B., Wang M., Wang Q., Cai J.P. Increased production of 8-oxo-7,8-dihydroguanine in human urine, a novel biomarker of osteoporosis // Free Radic. Res. // 2022. V. 56. № 5–6. P. 358.
  19. Liu Z., Wang J.J., Liu Q., Li J., Jiang S., Ma Y.Q., Dang Y.M., Cai J.P. Urinary 8-oxoGuo as a potential novel evaluation index for patients with nephrotic syndrome // Free Radic. Res. 2022. V. 56. № 11–12. P. 691.
  20. Shimoi K., Kasai H., Yokota N., Toyokuni S., Kinae N. Comparison between high-performance liquid chromatography and enzyme-linked immunosorbent assay for the determination of 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine in human urine // Cancer Epidemiol. Biomark. Prev. 2002. V. 11. P. 767.
  21. Ravanat J., Guicherd P., Tuce Z., Cadet J. Simultaneous determination of five oxidative DNA lesions in human urine // Chem. Res. Toxicol. 1999. V. 12. P. 802.
  22. Chiorcea-Paquim, A.-M. 8-oxoguanine and 8-oxodeoxyguanosine biomarkers of oxidative DNA damage: A review on HPLC–ECD determination // Molecules. V. 27. № 5. P. 1620.
  23. Pilger A., Ivancsits S., Germadnik D., Rüdiger H.W. Urinary excretion of 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine measured by high performance liquid chromatography with electrochemical detection // J. Chromatogr. B. 2002. V. 778. P. 393.
  24. Zhao G., Fu Y., Yu J., Wang S., Duan K., Xie F., Liu H. A Simple method for the determination of 8-oxoguanosine, 8-oxo-2′-deoxyguanosine and 8-iso-prostaglandin F2α in human urine by UHPLC–MS/MS // Chromatographia. 2017. V. 80. № 3. P. 401.
  25. Каюков И.Г., Галкина О.В., Тимшина Е.И., Зубина И.М., Михеева А.Ю., Бердичевский Г.М. Креатинин в современной оценке функционального состояния почек (Обзор литературы и собственные данные) // Нефрология 2020. T. 24. № 4. C. 21.
  26. Wu L.L., Chiou C.C., Chang P.Y., Wu J.T. Urinary 8-OHdG: A marker of oxidative stress to DNA and a risk factor for cancer, atherosclerosis and diabetics // Clin. Chim. Acta. 2004. V. 339. № 1-2. P. 1.
  27. Martinez-Moral, M.-P., Kannan, K. Analysis of 19 urinary biomarkers of oxidative stress, nitrative stress, metabolic disorders, and inflammation using liquid chromatography–tandem mass spectrometry // Anal. Bioanal. Chem. 2022. V. 414. № 6. P. 2103.
  28. Lu Z., Li Q., Dai Y., Pan X., Luo X., Peng R., Guo C., Tan L. Association of co-exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and phthalates with oxidative stress and inflammation // Sci. Total Environ. 2024. V. 912. Article 169513.
  29. Lin X.Y., Liu Y.X., Zhang, Y.J., Shen, H.M., Guo, Y. Polycyclic aromatic hydrocarbon exposure and DNA oxidative damage of workers in workshops of a petrochemical group // Chemosphere. 2022. V. 303. Article 135076.
  30. Shih Y.M., Cooke M.S., Pan C.H., Chao M.R., Hu C.W. Clinical relevance of guanine-derived urinary biomarkers of oxidative stress, determined by LC-MS/MS // Redox Biol. 2019. V. 20. P. 556. doi: 10.1016/j.redox.2018.11.016
  31. Malayappan B., Garrett T.J., Segal M., Leeuwenburgh C. Urinary analysis of 8-oxoguanine, 8-oxoguanosine, fapy-guanine and 8-oxo-2’-deoxyguanosine by high-performance liquid chromatography-electrospray tandem mass spectrometry as a measure of oxidative stress // J. Chromatogr. A. 2007. V. 1167. № 1. P. 54.
  32. Li Y.S., Fujisawa K., Kawai K. Diurnal and daily fluctuations in levels of the urinary oxidative stress marker 8-hydroxyguanosine in spot urine samples // Genes Environ. 2025. V. 47. № 1.
  33. Cordes J., Zhao S., Engel C. M., Stingele J. Cellular responses to RNA damage // Cell. 2025. V. 188. № 4. P. 885.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».