Оценка степени метилирования ДНК в лимфоцитах после однократного облучения крови in vitro

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Метилирование ДНК является одним из процессов эпигенетической регуляции генома, который чувствителен к влиянию эндогенных и экзогенных факторов. Воздействие ионизирующего излучения на геном сопровождается изменением степени метилирования ДНК, которое может иметь дозозависимый характер и сохраняться длительное время после радиационного воздействия. Задачей исследования являлась оценка степени метилирования ДНК лимфоцитов крови после однократного воздействия γ-излучения в дозе 1.5 Гр с использованием широкогеномного бисульфитного секвенирования. В исследование было включено десять условно здоровых мужчин — работников объекта использования ионизирующего излучения, не подвергавшихся радиационному воздействию и не страдающих хроническими заболеваниями. Материалом служила цельная кровь: 0 Гр (контрольные образцы) и 1.5 Гр (экспериментальные образцы после воздействия γ-излучения). После облучения с последующим культивированием цельной крови проводили выделение ДНК и бисульфитное секвенирование ограниченных наборов геномных локусов (Reduced representation bisulfite sequencing) с использованием фермента рестрикции XmaI (XmaI-RRBS). Выявлен 41 ген, среди которых 26 генов (HOXD4, PADI2, FOXK1, FTCD, PRDM16, TOM1, PPP1R14A, FLNB, OR1F1, RARA, CRTAC1, AP5B1, ARL5C, NOC2L, MAMDC4, FGFRL1, PPFIA3, CUX2, ANKRD20A19P, FAM83H-AS1, CBFA2T3, POLN, MIR4458HG, FNBP1, SPIRE2 и ZSCAN10) имеют тенденцию к гипометилированию ДНК, а 15 генов (CHRNA4, SEPTIN9, ZNF174, ELK3, NFAM1, ALG10, SOX8, KLHL30, URI1, HBZ, KLF14, MYO16, MYEOV, DMKN и PAX7) имеют тенденцию к гиперметилированию ДНК, отмеченных по крайней мере у 50٪ экспериментальных образцов. Таким образом, выявленные в настоящем исследовании гены могут быть перспективными маркерами радиационного воздействия и в дальнейшем использоваться для разработки нового вида биологической дозиметрии – эпигеномной дозиметрии персонала, контактирующего в ходе своей профессиональной деятельности с источниками ионизирующего излучения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ольга Сергеевна Цымбал

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства

Автор, ответственный за переписку.
Email: olga-tsymbal@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2311-0451
Россия, Северск

Дарья Сергеевна Исубакова

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства

Email: isubakova.daria@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5032-9096
Россия, Северск

Евгения Владимировна Брониковская

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства

Email: Bronikev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6486-5025
Россия, Северск

Александра Фёдоровна Николаева

Медико-генетический научный центр им. акад. Н.П. Бочкова Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Email: alex.ru97@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3805-8879
Россия, Москва

Владимир Олегович Сигин

Медико-генетический научный центр им. акад. Н.П. Бочкова Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Email: sigin.vladimir@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8020-3577
Россия, Москва

Алексей Игоревич Калинкин

Медико-генетический научный центр им. акад. Н.П. Бочкова Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Email: alexeika2@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9215-4581
Россия, Москва

Владимир Михайлович Кириллов

Медико-генетический научный центр им. акад. Н.П. Бочкова Министерства науки и высшего образования Российской Федерации

Email: 96vladkiri96@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8762-1322
Россия, Москва

Жанна Александровна Старцева

Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук

Email: zhanna.alex@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-4345-7719
Россия, Томск

Николай Васильевич Литвяков

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства; Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук

Email: nvlitv72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0714-8927
Россия, Северск; Томск

Иван Васильевич Мильто

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства; Сибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: milto_bio@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9764-4392
Россия, Северск; Томск

Равиль Манихович Тахауов

Северский биофизический научный центр Федерального медико-биологического агентства; Сибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: niirm2007@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1994-957X
Россия, Северск; Томск

Список литературы

  1. Калинкин А.И., Сигин В.О., Немцова М.В. и др. Аномальное деметилирование и эктопическая экспрессия генов лейкотриеновых рецепторов LTB4R/LTB4R2 при раке молочной железы. Мед. генетика. 2021;20(8):21–30. [Kalinkin A.I., Sigin V.O., Nemtsova M.V. et al. Abnormal demethylation and ectopic expression of leukotriene receptors genes LTB4R/LTB4R2 in breast cancer. Medical Genetics. 2021;20(8):21–30. (In Russ.)]. https://doi.org/10.25557/2073-7998.2021.08.21-30
  2. Lee Y., Kim Y.J., Choi Y.J. et al. Radiation-induced changes in DNA methylation and their relationship to chromosome aberrations in nuclear power plant workers. Int. J. Radiat. Biol. 2015;91(2):142–149. https://doi.org/10.3109/09553002.2015.969847
  3. Кузьмина Н.С., Мязин А.Е., Лаптева Н.Ш., Рубанович А.В. Изучение аберрантного метилирования в лейкоцитах крови ликвидаторов аварии на ЧАЭС. Радиац. биология. Радиоэкология. 2014;54(2):127–139. [Kuzmina N.S., Myazin A.E., Lapteva N.S., Rubanovich A.V. Study of aberrant methylation in blood leukocytes of liquidators of the chernobyl accident. Radiat. Biology. Radioecology. 2014;54(2):127–139. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0869803114020064
  4. Kuzmina N.S., Lapteva N.Sh., Rubanovich A.V. Hypermethylation of gene promoters in peripheral blood leukocytes in humans long term after radiation exposure. Environ. Res. 2016;146:10–17. https://doi.org/10.1016/ j.envres.2015.12.008
  5. Кузьмина Н.С., Лаптева Н.Ш., Русинова Г.Г. и др. Дозовая зависимость гиперметилирования промоторов генов в лейкоцитах крови лиц, подвергшихся облучению в результате профессиональной деятельности: Мат. Рос. конф. с междунар. участием “Современные проблемы радиационной генетики”. Дубна, 2019. Дубна: Изд-во Объединенный институт ядерных исследований, 2019. С. 76–78. [Kuzmina N.S., Lapteva N.Sh., Rusinova G.G. et al. Dose dependence of hypermethylation of gene promoters in blood leukocytes in humans occupationally exposed to radiation. Materials of the Russian conference with international participation “Modern problems of radiation genetics”: Conf. proc. Dubna, 2019. Dubna: Izd-vo Joint Institute for Nuclear Research, 2019. Р. 76–78. (In Russ.)].
  6. Цымбал О.С., Исубакова Д.С., Брониковская Е.В. и др. Роль метилирования Bak1 в индукции хромосомных аберраций при хроническом низкоинтенсивном внешнем облучении. Мед. радиология и радиац. безопасность. 2020;65(5):29–34. [Tsymbal O.S., Isubakova D.S., Bronikovskaya E.V., et al. The role of Bak1 methylation in the induction of chromosomal aberrations under chronic low-intensity external radiation. Medical Radiology and Radiation Safety. 2020;65(5):29–34. (In Russ.)]. https://doi.org/10.12737/1024-6177-2020-65-5-29-34
  7. Kennedy E.M., Powell D.R., Li Z. et al. Galactic cosmic radiation induces persistent epigenome alterations relevant to human lung cancer. Sci. Rep. 2018;8(1):6709. https://doi.org/10.1038/s41598-018-24755-8
  8. Tanas A.S., Borisova M.E., Kuznetsova E.B. et al. Rapid and affordable genome-wide bisulfite DNA sequencing by XmaI-reduced representation bisulfite sequencing. Epigenomics. 2017;9(6): 833–847. https://doi.org/10.2217/epi-2017-0031
  9. Suomi T., Seyednasrollah F., Jaakkola M.K. et al. ROTS: An R package for reproducibility-optimized statistical testing. PLoS Comput. Biol. 2017;13(5):e1005562. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005562
  10. Andrews S. FastQC: a quality control tool for high throughput sequence data. 2010. Available at: http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc. Accessed October 19, 2022.
  11. R Core Team. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. 2020. Available at: https://www.R-project.org/. Accessed December 20, 2022.
  12. Chen Y., Wu J., Liang G. et al. CHK2-FOXK axis promotes transcriptional control of autophagy programs. Sci. Advances. 2020;6(1):eaax5819. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax5819
  13. Cao H., Chu X., Wang Zh. et al. High FOXK1 expression correlates with poor outcomes in hepatocellular carcinoma and regulates stemness of hepatocellular carcinoma cells. Life Sci. 2019;228:128–134. https://doi.org/10.1016/ j.lfs.2019.04.068
  14. Atsem St., Reichenbach J., Potabattula R. et al. Paternal age effects on sperm FOXK1 and KCNA7 methylation and transmission into the next generation. Hum. Mol. Genet. 2016;25(22):4996–5005. https://doi.org/10.1093/hmg/ddw328
  15. Reichenbach J.R. Paternal age effects on sperm DNA methylation and its impact on the next generation. [dissertation for Doctoral] Würzburg; 2020. 106 р. Available at: https://www.researchgate.net/publication/339375571_Paternal_age_effects_on_sperm_DNA_methylation_and_its_impact_on_the_next_generation Accessed February 2, 2023.
  16. Steinauer N., Guo Ch., Zhang J. The transcriptional corepressor CBFA2T3 inhibits all-trans-retinoic acid-induced myeloid gene expression and differentiation in acute myeloid leukemia. J. Biol. Chem. 2020;295(27):8887–8900. https://doi.org/10.1074/jbc.RA120.013042
  17. Calender A., Farnier P.A.R., Buisson A. et al. Whole exome sequencing in three families segregating a pediatric case of sarcoidosis. BMC Med. Genomics. 2018;11(1):23. https://doi.org/10.1186/s12920-018-0338-x
  18. [Matsuoka M. Mechanism of oncogenesis by human T-cell leukemia virus type 1. Gan To Kagaku Ryoho. 2010;37(1):10–13. (in Japan.)].
  19. [Fang F., Yu X.L., Niu D.S., Li J. Screening of candidate genes related to low-dose ionizing radiation based on transcriptome-proteome correlation research techniques. Chinese Journal of Industrial Hygiene and Occupational Diseases. 2021;39(10):738–743. (in Chinese)]. https://doi.org/0.3760cma.j.cn121094-20200518-00267
  20. Chaudhry M.A., Omaruddin R.A. Differential DNA methylation alterations in radiation-sensitive and -resistant cells. DNA Cell Biol. 2012;31(6):908–916. https://doi.org/10.1089/dna.2011.1509
  21. Bae J.-H., Kim J.-G., Heo K. et al. Identification of radiation-induced aberrant hypomethylation in colon cancer. BMC Genomics. 2015;16(1):56. https://doi.org/10.1186/s12864-015-1229-6
  22. Velpula K.K., Gogineni V.R., Nalla A.K. et al. Radiation-induced hypomethylation triggers urokinase plasminogen activator transcription in meningioma cells. Neoplasia. 2013;15(2):192–203 https://doi.org/10.1593/neo.121334
  23. Кузьмина Н.С., Лаптева Н.Ш., Русинова Г.Г. и др. Гиперметилирование промоторов генов в лейкоцитах крови человека в отдаленный период после перенесенного радиационного воздействия. Радиац. биология. Радиоэкология. 2017;54(4):341–356. [Kuzmina N.S., Lapteva N.Sh., Rusinova G.G., et al. Hypermethylation of gene promoters in blood leukocytes in humans in the remote period after radiation exposure. Radiat. Biology. Radioecology. 2017;54(4):341–356. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0869803117040014
  24. Kuzmina N.S., Lapteva N.Sh., Rusinova G.G. et al. Gene hypermethylation in blood leukocytes in humans long term after radiation exposure – Validation set. Environ. Pollut. 2018;234:935–942. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.12.039
  25. Chen X., Liu L., Mims J. et al. Analysis of DNA methylation and gene expression in radiation-resistant head and neck tumors. Epigenetics. 2015;10(6):545–561. https://doi.org/10.1080/15592294.2015.1048953
  26. Zhao F., Olkhov-Mitsel E., van der Kwast T. et al. Urinary DNA methylation biomarkers for noninvasive prediction of aggressive disease in patients with prostate cancer on active surveillance. J. Urology. 2017;197(2):335–341. https://doi.org/10.1016/j.juro.2016.08.081
  27. Patel P.G., Wessel Th., Kawashima A. et al. A three-gene DNA methylation biomarker accurately classifies early stage prostate cancer. Prostate. 2019;79(14):1705–1714. https://doi.org/10.1002/pros.23895
  28. Mian O.Y., Khattab M.H., Hedayati M. et al. GSTP1 Loss results in accumulation of oxidative DNA base damage and promotes prostate cancer cell survival following exposure to protracted oxidative stress. Prostate. 2016;76(2):199–206. https://doi.org/10.1002/pros.23111

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Гистограмма для дифференциально метилированных цитозинов с расположением относительно элементов гена по оси X и подсчетом по оси Y для цитозинов, которые изменили статус метилирования, выявленных по крайней мере у 50٪ экспериментальных образцов. Примечание. Upstream — восходящие нетранслируемые области, promoter — промотор, inside intron — область интрона, inside exon — область экзона, downstream — нисходящие нетранслируемые области.

Скачать (130KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример визуализации аномального метилирования ДНК внутри интрона GSTP1 после облучения лимфоцитов крови in vitro, полученный с использованием геномного браузера Integrative Genomic Browser (IGV). Примечание. На верхней панели показан результат высокопроизводительного параллельного бисульфитного секвенирования образца ДНК до облучения; на нижней панели — после облучения в дозе 1.5 Гр. Каждая дорожка представляет последовательность (считывание) одной молекулы из образца; красный цвет — метилированные цитозины, синий — неметилированные цитозины в контексте CpG. На рисунке представлен фрагмент из 40 пар оснований (chr11:67,351,775-67,351,814); эталонная последовательность генома (hg19 человека) находится внизу. Показанный фрагмент находится в пределах острова GSTP1 5`CpG (зеленый).

Скачать (167KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Топ-20 биологических процессов онтологии генов (GO) с представленностью (количество входных генов в процессе / количество всех входных генов) по оси X и терминами GO по оси Y в гипометилированных (A) и в гиперметилированых (Б) CpG-динуклеотидах, выявленных по крайней мере у 50٪ экспериментальных образцов. Примечание. Count — число выявленных генов, которые участвуют в биологическом процессе.

Скачать (970KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».