Cytogenetic Violations in Blood Lymphocytes of Macaca Mulatta Monkeys in the Long Term after Irradiation with Accelerated Krypton Ions

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

A study has been performed of cytogenetic violations that occur in blood lymphocytes of Macaca mulatta monkeys after local exposure of the hippocampal region to accelerated 78Kr ions at a dose of 3 Gy. Analysis revealed a low level of chromosomal aberrations in the control group of monkeys. The number of cells with chromosomal aberrations did not exceed 1.67٪. The main fraction was chromatid-type aberrations. A cytogenetic analysis of peripheral blood lymphocytes of monkeys exposed to accelerated krypton ions revealed the maximum level of chromosomal aberrations 24 h after exposure, which exceeded the control level by 2.7 times. By day 96, the number of aberrations decreased 1.7-fold. However, it still exceeded the control level. By 460 days, some animals showed a slight increase in the number of aberrations compared to the previous observation period. In the long term, a number of irradiated animals showed deviations from the standard behavior of monkeys. Data on chromosomal aberrations in blood lymphocytes of monkeys and humans after in vitro irradiation with 170 MeV protons are compared. The relevance of this research is due to the preparation of interplanetary manned flights.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Igor V. Koshlan

Joint Institute for Nuclear Research; Dubna State University

Author for correspondence.
Email: koshlan@jinr.ru
ORCID iD: 0009-0000-1591-7418
Russian Federation, Dubna; Dubna

Nataliya A. Koshlan

Joint Institute for Nuclear Research

Email: nkoshlan@jinr.ru
ORCID iD: 0009-0004-9625-1572
Russian Federation, Dubna

Maria D Isakova

Joint Institute for Nuclear Research

Email: isakova@jinr.ru
ORCID iD: 0009-0002-2780-3914
Russian Federation, Dubna

Iulia V. Melnikova

Joint Institute for Nuclear Research

Email: julesmelnikova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-4731-8874
Russian Federation, Dubna

Alexandra G. Belyaeva

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: yasya_bi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6348-1938
Russian Federation, Moscow

Alexander A. Perevezentsev

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: perezx@me.com
ORCID iD: 0000-0001-6464-2887
Russian Federation, Moscow

Andrey S. Stemberg

Institute of Biomedical Problems, Russian Academy of Sciences

Email: andrei_shtemberg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8944-0296
Russian Federation, Moscow

Igor N. Klotz

Institute of Medical Primatology

Email: igor-imp@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1025-3127
Russian Federation, Sochi

Tat’yana E. Gvozdik

Institute of Medical Primatology

Email: teg-adler@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7171-4500
Russian Federation, Sochi

A. N. Bugay

Joint Institute for Nuclear Research

Email: koshlan@jinr.ru
Russian Federation, Dubna

References

  1. Parihar V.K., Allen B., Tran K.K. et al. What happens to your brain on the way to Mars. Sci. Advances. 2015;1(4):e1400256. http://doi.org/10.1126/sciadv.1400256
  2. Parihar V.K., Allen B.D., Caressi C. et al. Cosmic radiation exposure and persistent cognitive dysfunction. Sci. Rep. 2016;6:34774. http://doi.org/10.1038/srep34774
  3. Григорьев А.И., Красавин Е.А., Островский М.А. К вопросу о радиационном барьере при пилотируемых межпланетных полётах. Вестн. РАН. 2017;87(1):65–69. https://doi.org/10.7868/S0869587317010030 [Grigor’ev A.I., Krasavin E.A., Ostrovsky M.A. The problem of the radiation barrier during piloted interplanetary flights. Herald of the Russian academy of sciences. 2017;87(1): 63–66. https://doi.org/10.1134/S1019331617010014 (In Russ.)]
  4. Meigs L., Smirnova L., Rovida C. et al. Animal testing and its alternatives — the most important omics is economics. ALTEX. 2018;35(3):275–305. http://doi.org/10.14573/altex.1807041
  5. Балдин А.А., Браднова В., Бутенко А.В. и др. Методика облучения мозга приматов пучком ядер криптона на нуклотроне ЛФВЭ. Письма в ЭЧАЯ. 2019;16(4(223)):302–309. [Baldin A. A., Bradnova V., Butenko A. V. et al. Method for irradiation of the brain of primates by the 78Kr beam extracted from nuclotron at LHEP. Particles and Nuclei, Letters. 2019;16(4(223)):302–309. (In Russ.)].https://doi.org/10.1134/s1547477119040071
  6. Moorhead P.S., Nowell P.C., Mellman W.J. et al. Chromosome preparations of leukocytes cultured from human peripheral blood. Exp. Cell Res. 1960;20(3):613–616. https://doi.org/10.1016/0014-4827(60)90138-5
  7. International Atomic Energy Agency (IAEA). Cytogenetic analysis for radiation dose assessment. Technical Report №. 405. Vienna, 2001.
  8. Косиченко Л.П., Барская В.С, Торуа Р.А. Цитогенетическое исследование лимфоцитов костного мозга и периферической крови обезьян при длительном гамма-облучении. Бюлл. эксперим. биол. и мед. 1987;104(7): 85–87. [Kosichenko L.P., Barskaia V.S., Torua R.A. Cytogenetic study of the bone marrow and peripheral blood lymphocytes in monkeys in long-term gamma irradiation. Bull. Eksp. Biol. Med. 1987;104(7):85–87. (In Russ.)]
  9. Chiarelli B. Comparative morphometric analysis of primate chromosomes. II. The chromosomes of genera Macaca, Papio, Theropithecus and Cercocebus. Caryologia. 1962;15(2):401–420. https://doi.org/10.1080/00087114.1962.10796068
  10. Ramalho A.T., Curado M.P., Natarajan A.T. Lifespan of human lymphocytes estimated during a six year cytogenetic follow-up of individuals accidentally exposed in the 1987 radiological accident in Brazil. Mutat. Res. 1995;331(1):47–54. https://doi.org/10.1016/0027-5107(95)00049-o
  11. Косиченко Л.П. Отдаленный цитогенетический эффект острого облучения у обезьян. Сообщение I. Длительное сохранение повреждений хромосом в клетках костного мозга обезьян. Генетика. 1972;8(3): 105–113. [Kosichenko L.P. Otdalennyj citogeneticheskij effekt ostrogo oblucheniya u obez’yan. Soobshchenie I. Dlitel’noe sohranenie povrezhdenij hromosom v kletkah kostnogo mozga obez’yan. Genetika. 1972;8(3): 105–113. (In Russ.)]
  12. Косиченко Л.П. Структурные мутации хромосом в клетках костной мозга обезьян в отдаленные сроки после длительного повторного облучения. Генетика. 1973;9(1):134–142. [Kosichenko L.P. Strukturnye mutacii hromosom v kletkah kostnoj mozga obez’yan v otdalennye sroki posle dlitel’nogo povtornogo oblucheniya. Genetika. 1973;9(1):134–142. (In Russ.)].
  13. Lucas J.N., Hill F.S., Burk C.E. et al. Stability of the translocation frequency following whole-body irradiation measured in rhesus monkeys. Int. J. Radiat. Biol. 1996;70(3): 309–18. https://doi.org/10.1080/095530096145049
  14. Михайлова Г.Ф. Анализ результатов цитогенетических исследований населения, проживающего на радиоактивно-загрязненных территориях после чернобыльской аварии. Автореф. дис. на соискание ученой степени докт. биолог. наук. Обнинск, 2007. 32 с. [Mihajlova G.F. Analiz rezul’tatov citogeneticheskih issledovanij naseleniya, prozhivayushchego na radioaktivno-zagryaznennyh territoriyah posle chernobyl’skoj avarii. Avtoreferat dis. na soiskanie uchenoj stepeni dokt. biolog. nauk. Obninsk, 2007. 32 p. (In Russ.)]
  15. Гаврилов О.К, Чертков И.Л., Козинец Г.И. и др. Нормальное кроветворение и его регуляция. М.: Медицина, 1976. 543 с. [Gavrilov O.K., Chertkov I.L., Kozinec G.I. i dr. Normal’noe krovetvorenie i ego regulyaciya. M.: Medicina, 1976. 543 p. (In Russ.)].
  16. Репин М.В. Стабильные и нестабильные хромосомные аберрации в лимфоцитах крови человека, индуцируемые излучениями с разными ЛПЭ. Автореферат дис. на соискание ученой степени канд. биолог. наук. Обнинск, 2000. 18 с. [Repin M.V. Stabil’nye i nestabil’nye hromosomnye aberracii v limfocitah krovi cheloveka, induciruemye izlucheniyami s raznymi LPE. Avtoreferat dis. na soiskanie uchenoj stepeni kand. biolog. nauk. Obninsk, 2000. 18 p. (In Russ.)].
  17. Репин М.В, Говорун Р.Д., Красавин Е.А. Хромосомные нарушения в лимфоцитах человека при действии ускоренных заряженных частиц. Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2002;33(3):746–747. [Repin M. V., Govorun R.D., Krasavin E.A. Chromosomal damages in the human lymphocytes induced by accelerated charged particles. Physics of Elementary Particles and Atomic Nuclei. 2002;33(3):746–747. (In Russ.)].
  18. Говорун Р. Д., Деперас-Каминьска М., Зайцева Е.М. и др. Исследование хромосомных нарушений в клетках человека после облучения терапевтическим пучком протонов фазотрона Объединенного института ядерных исследований. Письма в ЭЧАЯ. 2006;3(1(130)):92–100. [Govorun R.D., Deperas-Kaminska M., Zaitseva E.M. et al. The study of chromosomal damages in human cells on irradiation with the therapeutic proton beam of the Joint Institute for Nuclear Research’s phasotron. Particles and Nuclei, Letters. 2006;3(1):92–100. (In Russ.)].
  19. Колюбаева С.Н. Хромосомные аберрации, микроядра и апоптоз в лимфоцитах при радиационных воздействиях и других патологических состояниях. Автореферат дис. на соискание ученой степени доктора биолог. наук. Санкт-Петербург, 2010. 261 с. [Kolyubaeva S.N. Hromosomnye aberracii, mikroyadra i apoptoz v limfocitah pri radiacionnyh vozdejstviyah i drugih patologicheskih sostoyaniyah. Avtoreferat dis. na soiskanie uchenoj stepeni doktora biolog. nauk. Sankt-Peterburg, 2010. 261 p. (In Russ.)].
  20. Штемберг А.С., Клоц И.Н., Беляева А.Г. и др. Гематологические, биохимические и молекулярные эффекты облучения головы обезьян ядрами криптона высоких энергий. Авиакосм. и экол. медицина. 2020;54(1):38–45. [Shtemberg A.S., Klots I.N., Belyaeva A.G. et al. Hematological, biochemical and molecular effects of primate’s head irradiation with high-energy krypton nuclei. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina. 2020;54(1):38–45. (In Russ.)]. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-1-38-45
  21. Клоц И.Н., Кошлань И.В., Тимошенко Г.Н. и др. Отдаленные последствия облучения обезьян ядрами криптона высоких энергий. В кн.: VIII Съезд по радиационным исследованиям, Москва, 2021. Тез. Докл. Дубна: ОИЯИ, 2021. C. 247. [Klots I.N., Koshlan I.V., Timoshenko G.N. et al. Otdalennye posledstviya oblucheniya obez’yan yadrami kriptona vysokih energij. VIII Congress on radiation research, Moscow, 2021. Abstracts. Dubna: JINR, 2021 P. 247 (In Russ.)].
  22. Britten R.A., Jewell J.S, Miller V.D. et al. Impaired Spatial Memory Performance in Adult Wistar Rats Exposed to Low (5–20 cGy) Doses of 1 GeV/n 56Fe Particles. Radiat. Res. 2016;185(3):332–7. https://doi.org/10.1667/RR14120.1
  23. Rabin B.M., Joseph J.A., Shukitt-Hale B. Heavy particle irradiation, neurochemistry and behavior: thresholds, dose-response curves and recovery of function. Adv. Space Res. 2004;33(8):1330–1333. https://doi.org/10.1016/j.asr.2003.09.051
  24. Rabin B.M., Joseph J.A., Shukitt-Hale B. A Longitudinal study of operant responding in rats irradiated when 2 months old. Radiat. Res. 2005;164(4):552–5. http://dx.doi.org/10.1667/rr3349.1
  25. Толстых Е. И., Дегтева М. О., Возилова А. В. и др. Подходы к цитогенетической оценке дозы при радиационном воздействии на лимфоидную ткань кишечника. Радиац. биология. Радиоэкология. 2021;61(4):339–52. [Tolstykha E.I., Degteva M.O., Vozilova A.V. et al. Approaches to the cytogenetic assessment of the dose due to radiation exposure of the gut associated lymphoid tissue. Radiat. Biology. Radioecology. 2021;61(4):339–52. (In Russ.)]. http://dx.doi.org/10.31857/s0869803121040111
  26. Елисова Т.В. Стабильные и нестабильные аберрации хромосом у человека и других млекопитающих в связи с вопросами биологической дозиметрии. Радиац. биология. Радиоэкология. 2008;48(1):14–27. [Elisova Т.V. Stable and unstable chromosome aberrations in humans and other mammals in relation to the problems of biological dosimetry. Radiat.Biology. Radioecology. 2008;48(1):14–27. (In Russ.)].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Cytogenetic analysis of peripheral blood lymphocytes of monkeys locally exposed to 3 Gy of accelerated 78Kr ions at different observation times.

Download (141KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of dicentrics, centric rings and fragments at different observation periods.

Download (114KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dose dependence of the frequency of formation of lymphocytes with chromosomal aberrations (a) and the total number of chromosomal aberrations (b) after irradiation of whole blood samples of Macaca mulatta monkeys and humans with protons 170 MeV (red and blue curves) and 1 GeV (green curve). The broken lines represent the average data on human blood lymphocytes, the solid line represents the average data on monkey blood lymphocytes. The uncolored symbols (squares and circles) are data for each individual donor (human), the shaded symbols (triangles) are data for each individual monkey.

Download (293KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Levels of red blood cells and lymphocytes at different observation times after local irradiation of the head of Macaca mulatta monkeys. The dashed lines indicate the reference values.

Download (188KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dynamics of the body weight of irradiated and control animals.

Download (113KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».