Молекулярно-генетические маркеры чувствительности к воздействию факторов производственной среды у шахтеров
- Авторы: Тимофеева А.А.1, Минина В.И.1, Астафьева Е.А.2, Головина Т.А.1, Федосеев В.И.1, Рыжкова А.В.1, Соболева О.А.1, Савченко Я.А.1, Баканова М.Л.2, Глушков А.А.3
-
Учреждения:
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, Кемерово
- Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
- Выпуск: Том 18, № 3 (2020)
- Страницы: 391-403
- Раздел: Экологическая генетика человека
- URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/20418
- DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen20418
- ID: 20418
Цитировать
Аннотация
У 288 рабочих угольных шахт Кузбасса (Западная Сибирь, Россия), выполняющих основные технологические операции под землей, впервые изучена доза активных кластеров рибосомных генов, а также проведена оценка уровня хромосомных аберраций и полиморфизма генов репарации ДНК XPD (rs13181), XPG (rs17655), XRCC2 (rs3218536), XRCC3 (rs861539). Установлено статистически значимое (p = 0,0001) увеличение хромосомной нестабильности у шахтеров по сравнению с мужчинами, не работающими на промышленных предприятиях (n = 676). У шахтеров со средней дозой активных рибосомных генов зарегистрировано статистически значимое увеличение частоты встречаемости одиночных фрагментов (p = 0,016). Выявлена ассоциация с повышенным уровнем хромосомных аберраций вариантов гена XPD (в общей группе шахтеров в рецессивной модели наследования ORadj = 9,96; CI 95 %: 2,33–42,57; padj = 0,0001) и XPG (только у курящих рабочих в рецессивной модели наследования ORadj = 7,82; CI 95 %: 1,73–35,45; padj = 0,017). Проведенный MDR-анализ позволил выявить взаимосвязь дозы активных рибосомных генов и полиморфных вариантов XPD (rs13181) и XPG (rs17655) при формировании повышенного уровня повреждений хромосом у шахтеров.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Анна Александровна Тимофеева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: annateam86@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9063-0158
SPIN-код: 1542-8153
ведущий инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоВарвара Ивановна Минина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: vminina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3485-9123
SPIN-код: 5153-8594
д-р биол. наук, главный научный сотрудник лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоЕвгения Анатольевна Астафьева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, Кемерово
Email: astafeva.evgenia@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5841-6311
SPIN-код: 9814-4382
инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоТатьяна Александровна Головина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: goltat86@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2805-0822
инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоВладислав Игоревич Федосеев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: fedoseev.vlig@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5359-3845
SPIN-код: 1473-4062
инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоАнастасия Владимировна Рыжкова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: kotia1490@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5643-5001
SPIN-код: 5666-2145
ведущий инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоОльга Александровна Соболева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: soboleva.olga88@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7183-6647
SPIN-код: 6089-2499
ведущий инженер-технолог лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоЯна Александровна Савченко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук
Email: yasavchenko@ya.ru
ORCID iD: 0000-0003-0754-306X
SPIN-код: 3783-7268
канд. биол. наук, старший научный ссотрудник лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоМарина Леонидовна Баканова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии человека Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук, Кемерово
Email: mari-bakano@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-1238-2427
SPIN-код: 3049-1531
младший научный сотрудник лаборатории цитогенетики
Россия, КемеровоАнтон Андреевич Глушков
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет»
Email: glushkov.anton2404@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6864-2577
SPIN-код: 5155-1374
студент Института медицины и психологии В. Зельмана
Россия, НовосибирскСписок литературы
- Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирнихина С.А. Клиническая генетика: учебник / под ред. Н.П. Бочкова. 4-е изд., доп. и перераб. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. – 592 с. [Bochkov NP, Puzyrev VP, Smirnikhina SA. Klinicheskaya genetika: uchebnik. Ed. by N.P. Bochkov. 4th revised and updated. Moscow: GEOTAR-Media; 2015. 592 p. (In Russ.)]
- Мун С.А., Ларин С.А., Глушков А.Н. Влияние роста добычи угля на загрязнение атмосферы и заболеваемость раком легкого в Кемеровской области // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 1. – С. 69. [Mun SA, Larin SA, Glushkov AN. The influence of mining on atmosphere contamination and lung cancer in the kemerovo region. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013;(1):69. (In Russ.)]
- Мун С.А., Глушков А.Н. Расчет прогнозов заболеваемости раком легкого у мужчин в связи с техногенным загрязнением атмосферы в Кемеровской области // Гигиена и санитария. – 2014. – T. 93. – № 2. – С. 37–40. [Mun SA, Glushkov AN. Calculation of prognoses of lung cancer in males from technogenic contamination of atmosphere in the Kemerovo region. Gig Sanit. 2014;93(2):37-40. (In Russ).]
- Guerrero-Castilla A, Olivero-Verbel J, Marrugo-Negrete J. Heavy metals in wild house mice from coal-mining areas of Colombia and expression of genes related to oxidative stress, DNA damage and exposure to metals. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2014; 762:24-29. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2013.12.005.
- Rohr P, Kvitko K, da Silva FR, et al. Genetic and oxidative damage of peripheral blood lymphocytes in workers with occupational exposure to coal. Mutat Res. 2013;758(1-2):23-28. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2013.08.006.
- León-Mejía G, Quintana M, Debastiani R, et al. Genetic damage in coal miners evaluated by buccal micronucleus cytome assay. Ecotoxicol Environ Saf. 2014;107:133-139. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2014.05.023.
- Kloosterman WP, Hochstenbach R. Deciphering the pathogenic consequences of chromosomal aberrations in human genetic disease. Mol Cytogenet. 2014;7(1):100-112. https://doi.org/10.1186/s13039-014-0100-9.
- Ensminger M, Iloff L, Ebel C, et al. DNA breaks and chromosomal aberrations arise when replication meets base excision repair. J Cell Biol. 2014;206(1):29-43. https://doi.org/10.1083/jcb.201312078.
- Sugasawa K. Regulation of damage recognition in mammalian global genomic nucleotide excision repair. Mutat Res. 2010;685(1-2):29-37. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2009.08.004.
- Lindström MS, Jurada D, Bursac S, et al. Nucleolus as an emerging hub in maintenance of genome stability and cancer pathogenesis. Oncogene. 2018;37(18):2351-2366. https://doi.org/10.1038/s41388-017-0121-z.
- Weeks SE, Metge BJ, Samant RS. The nucleolus: a central response hub for the stressors that drive cancer progression. Cell Mol Life Sci. 2019;76(22):4511-4524. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03231-0.
- Wang J, Zhang ZQ, Li FQ, et al. Triptolide interrupts rRNA synthesis and induces the RPL23MDM2p53 pathway to repress lung cancer cells. Oncol Rep. 2020;43(6):1863-1874. https://doi.org/10.3892/or.2020.7569.
- McStay B. Nucleolar organizer regions: genomic ‘dark matter’ requiring illumination. Genes Dev. 2016;30(14):1598-1610. https://doi.org/ 10.1101/gad.283838.116.
- Ляпунова Н.А., Вейко Н.Н. Рибосомные гены в геноме человека: идентификация четырех фракций, их организация в ядрышке и метафазных хромосомах // Генетика. – 2010. – Т. 46. – № 9. – С. 1205–1209. [Lyapunova NA, Veiko NN. Ribosomal genes in the human genome: identification of four fractions, their organization in the nucleolus and metaphase chromosomes. Russian Journal of Genetics. 2010;46(9):1205-1209. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S1022795410090140.
- Paredes S, Branco AT, Hartl DL, et al. Ribosomal DNA deletions modulate genome-wide gene expression: “rDNA-Sensitive” genes and natural variation. PLoS Genetics. 2011;7(4): e1001376. https://doi.org/10.1371/journal.pgen. 1001376.
- Ляпунова Н.А., Пороховник Л.Н., Косякова Н.В., и др. Жизнеспособность носителей хромосомных аномалий зависит от геномной дозы активных рибосомных генов (генов рРНК) // Генетика. –2017. – Т. 53. – № 6. – С. 722–731. [Lyapunova NA, Porokhovnik LN, Kosyakova NV, et al. Viability of carriers of chromosomal abnormalities depends on genomic dosage of active ribosomal genes (rRNA genes). Russian Journal of Genetics. 2017;53(6):722-731. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0016675817060091.
- Мамаев Н.Н. Структурная организация и экспрессия рибосомных генов в физиологических и патологических условиях // Цитология. – 1997. – № 1. – С. 80–83. [Mamaev NN. Strukturnaya organizaciya i ekspressiya ribosomnyh genov v fiziologicheskih i patologicheskih usloviyah. Cell and Tissue Biology. 1997;(1): 80-83. (In Russ.)]
- Туганова Т.Н., Болгова Л.С., Махортова Н.Г., Алексеенко О.И. Диагностический алгоритм цитологического исследования фиброаденом и рака молочной железы // Онкология. – 2007. – Т. 9. – № 4. – С. 315–320. [Tuganova TN, Bolgova LS, Mahortova NG, Alekseenko OI. Diagnostic algorithm of cytologic examination of fibroadenomas and breast cancer. Oncology. 2007;9(4):315-320. (In Russ.)]
- Derenzini M, Trere D, O’Donohue M-F, Ploton D. Interphase nucleolar organiser regions in tumour pathology. Chapter 7. In: Crocker J, Murray PG, ed. Molecular biology in cellular pathology. John Wiley & Sons, Ltd.; 2003. Р. 137-152. https://doi.org/10.1002/0470867949.ch7.
- Frankowski KJ, Wang C, Patnaik S, et al. Metarrestin, a perinucleolar compartment inhibitor, effectively suppresses metastasis. Sci Transl Med. 2018;10(441): eaap8307. https://doi.org/10. 1126/scitranslmed.aap8307.
- Kanis MJ, Qiang W, Pineda M, et al. A small molecule inhibitor of the perinucleolar compartment, ML246, attenuates growth and spread of ovarian cancer. Gynecol Oncol Res Pract. 2018;5(7):1-9. https://doi.org/10.1186/s40661-018-0064-2.
- Вейко Н.Н., Терехов С.М., Шубаева Н.О., и др. «Ранний» и «поздний» ответ культивируемых фибробластов кожи здоровых доноров и больных ревматоидным артритом на окислительный стресс. Взаимосвязь между интенсивностью гибели клеток и количеством активных копий рибосомных генов // Молекулярная биология. – 2005. – Т. 39. – № 2. – С. 264–275. [Veiko NN, Terekhov SM, Shubaeva NO, et al. Vzaimosvyaz’ mezhdu intensivnost’yu gibeli kletok i kolichestvom aktivnykh kopiy ribosomnykh genov. Molecular Biology. 2005;39(2):264-275. (In Russ.)]
- Porokhovnik LN, Passekov VP, Gorbachevskaya NL, et al. Active ribosomal genes, translational homeostasis and oxidative stress in the pathogenesis of schizophrenia and autism. Psychiatr Genet. 2015;25(2):79-87. https://doi.org/10.1097/ypg.0000000000000076.
- Hungerford PA. Leukocytes cultured from small inocula of whole blood and the preparation of metaphase chromosomes by treatment with hypotonic KCl. Stain Techn. 1965;40(6):333-338. https://doi.org/10.3109/10520296509116440.
- Minina V, Sinitsky M, Druzhinin V, et al. Chromosome aberrations in peripheral blood lymphocytes of lung cancer patients exposed to radon and air pollution. Eur J Cancer Prev. 2016;27(1):6-12. https://doi.org/10.1097/CEJ. 0000000000000270.
- Howell WM, Black DA. Controlled silver-staining of nucleolus organizer regions with a protective colloidal developer: a1-step method. Experientia. 1980;36(8):1014-1015. https://doi.org/ 10.1007/BF01953855.
- Moore JH, Gilbert JC, Tsai CT, et al. A flexible computational framework for detecting, characterizing, and interpreting statistical patterns of epistasis in genetic studies of human disease susceptibility. J Theor Biol. 2006;241(2):252-261. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2005.11.036.
- IGSR: The International Genome Sample Resource. Supporting open human variation data [cited 2020 March 18]. Available from: https://www.internationalgenome.org/.
- Ляпунова Н.А., Еголина Н.А., Цветкова Т.Г., и др. Рибосомные гены в геноме человека: вклад в генетическую индивидуальность и фенотипической проявление дозы гена // Вестник РАМН. – 2000. – № 5. – С. 19–23. [Lyapunova NA, Egolina NA, Tsvetkova TG, et al. Ribosomnye geny v genome cheloveka: vklad v geneticheskuyu individual’nost’ i fenotipicheskoy proyavlenie dozy gena. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 2000;(5):19-23. (In Russ.)]
- Волобаев В.П., Синицкий М.Ю., Кулемин Ю.Е. Цитогенетический статус шахтеров угольных шахт с легочными профессиональными заболеваниями и влияние на него аллелей генов XPD и XPG // Экологическая генетика. – 2015. – Т. 13. – № 4. – С. 12–15. [Volobaev VP, Sinitsky MYu, Kulemin YuE. Cytogenetic status in coal-miners with occupational pulmonary diseases and influence the polymorphisms of XPD and XPG genes. Ecological genetics. 2015;13(4):12-15. (In Russ.)]. https://doi.org/org/10.1781/ecogen13412-15.
- Harms C, Salama SA, Sierra-Torres CH, et al. Polymorphisms in DNA repair genes, chromosome aberrations and lung cancer. Environ Mol Mutagen. 2004;44(1):74-82. https://doi.org/10.1002/em.20031.
- Сальникова Л.Е., Чумаченко А.Г., Веснина И.Н., и др. Полиморфизм генов репарации и цитогенетические эффекты облучения // Радиационная биология. Радиоэкология. –2010. –Т. 50. –№ 6. – С. 656–662. [Sal’nikova LE, Chumachenko AG, Vesnina IN, et al. Polymorphism of repair genes and cytogenetic radiation effects. Radiobiology and Radioecology. 2010;50(6):656-662. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/s0006350911020266.
- Trego Kelly S. Non-catalytic roles for XPG with BRCA1 and BRCA2 in homologous recombination and genome stability. Mol Cell. 2016;61(4):535-546. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2015.12.026.
- Musak L, Polakova V, Halasova E, et al. Effect of occupational exposure to cytostatics and nucleotide excision repair polymorphism on chromosomal aberrations frequency. Interdiscip Toxicol. 2009;2(1):13-17. https://doi.org/10.2478/v10102-009-0002-6.
- Sinitsky MY, Larionov AV, Asanov MA, Druzhinin VG. Associations of DNA-repair gene polymorphisms with a genetic susceptibility to ionizing radiation in residents of areas with high radon (222Rn) concentration. Int J Radiat Biol. 2015;91(6):486-494. https://doi.org/10.3109/09553002.2015.1012306.
- Минина В.И., Дружинин В.Г. Геномные дозы активных генов рРНК у рабочих коксохимического производства // Генетика. – 2004. – Т. 40. – № 12. – С. 1702–1708. [Minina VI, Druzhinin VG. Genomic dosages of active rRNA genes in coke-oven workers. Russian Journal of Genetics. 2004;40(12):1702-1708. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1007/s11177-005-0074-0.
- Тимофеева А.А, Минина В.И., Дружинин В.Г., и др. Цитогенетические эффекты сверхнормативного воздействия радона в зависимости от индивидуальной дозы активных рибосомных генов // Экологическая генетика. –2017. –Т. 15. –№ 4. –С. 33–40. [Timofeeva AA, Minina VI, Druzhinin VG, et al. Cytogenetic effects of excessive radon exposure depending on the individual dosage of active ribosomal genes. Ecological genetics. 2017;15(4):33-40. (In Russ.)]. https://doi.org/10.17816/ecogen15433-40.
- Викторова Т.В., Хуснутдинова Э.К., Викторов В.В., и др. Анализ хромосомных аберраций и ядрышкообразующих районов хромосом у рабочих производства пиромеллитового диангидрида: о возможной адаптивной роли вариантов Ag-ЯОР // Генетика. – 1994. – Т. 30. – № 7. – С. 992–998. [Viktorova TV, Khusnutdinova EK, Viktorov VV, et al. Analiz khromosomnykh aberratsiy i yadryshkoobrazuyushchikh raionov khromosom u rabochikh proizvodstva piromellitovogo diangidrida: o vozmozhnoy adaptivnoy roli variantov Ag-YaOR. Russian Journal of Genetics. 1994;30(7):992-998. (In Russ.)]
- Амелина И.В., Медведев И.Н. Частота хромосомных аберраций и активность ядрышкообразующих районов хромосом у человека // Фундаментальные исследования. –2007. –№ 1. –С. 33–35. [Amelina IV, Medvedev IN. Chastota khromosomnykh aberratsiy i aktivnost’ yadryshkoobrazuyushchikh raionov khromosom u cheloveka. Fundamental’nie issledovaniia. 2007;(1):33-35. (In Russ.)]
- Grewal SI, Jia ST. Heterochromatin revisited. Nat Rev Genet. 2007;8(1):35-46. https://doi.org/10.1038/nrg2008.
- Killen MW, Stults DM, Adachi N, et al. Loss of Bloom syndrome protein destabilizes human gene cluster architecture. Hum Mol Genet. 2009;18(18):3417-3428. https://doi.org/10. 1093/hmg/ddp282.
- Hallgren J, Pietrzak M, Rempala G, et al. Neurodegeneration-associated instability of ribosomal DNA. Biochim Biophys Acta. 2014;1842(6): 860-868. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2013. 12.012.
- Pietrzak M, Rempala G, Nelson PT, et al. Epigenetic silencing of nucleolar rRNA genes in Alzheimer’s disease. PLoS One. 2011;6(7): e22585. https://doi.org/10.1371/journal.pone. 0022585.
- Parlato R, Kreiner G. Nucleolar activity in neurodegenerative diseases: a missing piece of the puzzle? J Mol Med (Berl). 2013;91(5): 541-547. https://doi.org/10.1007/s00109-012-0981-1.
- MacLeod RA, Spitzer D, Bar-Am I, et al. Karyotypic dissection of Hodgkin’s disease cell lines reveals ectopic subtelomeres and ribosomal DNA at sites of multiple jumping translocations and genomic amplification. Leukemia. 2000;14(10): 1803-14. https://doi.org/10.1038/sj.leu.2401894.
- Ляпунова Н.А., Пороховник Л.Н., Косякова Н.В., и др. Жизнеспособность носителей хромосомных аномалий зависит от геномной дозы активных рибосомных генов (генов рРНК) // Генетика. – 2017. – Т. 53. – № 6. – С. 722–731. [Lyapunova NA, Porokhovnik LN, Kosyakova NV, et al. Viability of carriers of chromosomal abnormalities depends on genomic dosage of active ribosomal genes (rRNA Genes). Russian Journal of Genetics. 2017;53(6):722-731. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0016675817060091.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)