Генотоксичность

редактировать

В генетике, генотоксичность описывает свойство химических агентов который повреждает генетическую информацию в клетке, вызывая мутации, которые могут привести к раку. Хотя генотоксичность часто путают с мутагенностью, все мутагены генотоксичны, в то время как не все генотоксические вещества являются мутагенными. Изменение может иметь прямое или косвенное воздействие на ДНК: индукцию мутаций, активацию несвоевременного события и прямое повреждение ДНК, ведущее к мутациям. Постоянные наследственные изменения могут затронуть либо соматические клетки организма, либо половые клетки, которые будут переданы будущим поколениям. Клетки предотвращают экспрессию генотоксической мутации либо репарацией ДНК, либо апоптозом ; однако повреждение не всегда может быть исправлено, что приводит к мутагенезу.

К анализу на генотоксические молекулы, исследователи определяют повреждение ДНК в клетках, подвергшихся воздействию токсичных субстратов. Это повреждение ДНК может быть в форме одно- и двухцепочечных разрывов, потери эксцизионной репарации, перекрестного сшивания, щелочно-лабильных участков, точечных мутаций, а также структурных и числовых хромосомных аберраций. Известно, что нарушение целостности генетического материала вызывает рак. Как следствие, было разработано множество сложных методов, включая анализ Эймса, токсикологические тесты in vitro и in vivo, а также анализ комет для оценки способности химических веществ вызывать повреждение ДНК, которое может привести к раку.

Содержание

  • 1 Механизмы
  • 2 Методы испытаний
    • 2.1 Анализ обратной бактериальной мутации
  • 3 Токсикологическое исследование in vitro
    • 3.1 Тестирование in vivo
    • 3.2 Анализ комет
  • 4 Рак
    • 4.1 Генотоксическая химиотерапия
      • 4.1.1 Риски
      • 4.1.2 Различные методы лечения
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература

Механизмы

Определение переходов и трансверсии. Это распространенная мутация, вызванная генотоксичными соединениями.

Генотоксические вещества вызывают повреждение генетического материала в клетках за счет взаимодействия с последовательностью и структурой ДНК. Например, переходный металл хром взаимодействует с ДНК в своей высоковалентной степени окисления, вызывая повреждения ДНК, ведущие к канцерогенезу. Метастабильная степень окисления Cr (V) достигается за счет восстановительной активации. Исследователи провели эксперимент по изучению взаимодействия ДНК с канцерогенным хромом с использованием комплекса Cr (V) -Salen в определенной степени окисления. Взаимодействие было специфичным для нуклеотида гуанина в генетической последовательности. Чтобы сузить взаимодействие комплекса Cr (V) -Salen с основанием гуанина, исследователи модифицировали основания до 8-оксо-G, чтобы обеспечить сайт-специфическое окисление. Реакция между двумя молекулами вызвала повреждения ДНК; два поражения, наблюдаемые на модифицированном участке основания, были гуанидиногидантоином и спироиминодигидантоином. Для дальнейшего анализа участка поражения наблюдали, что полимераза остановилась на этом участке и аденин был неправильно включен в последовательность ДНК, противоположную основанию 8-оксо-G. Таким образом, эти поражения преимущественно содержат трансверсии G ->T . Считается, что высокомалентный хром действует как канцероген, поскольку исследователи обнаружили, что «механизм повреждения и продукты окисления оснований для взаимодействия между высоковалентным хромом и ДНК... имеют отношение к образованию in vivo повреждений ДНК, ведущих к раку в организме человека». человеческие популяции, подвергшиеся воздействию хроматов ". Следовательно, он показывает, как высокомалентный хром может действовать как канцероген с 8-оксо-G, образуя ксенобиотики.

. Другим примером генотоксического вещества, вызывающего повреждение ДНК, являются пирролизидиновые алкалоиды (PAs). Эти вещества содержатся в основном в растениях и ядовиты для животных, включая человека; около половины из них были идентифицированы как генотоксичные, а многие - как канцерогенные. В результате тестирования исследователи пришли к выводу, что при метаболической активации «ПА продуцируют аддукты ДНК, перекрестные связи ДНК, разрывы ДНК, обмен сестринскими хроматидами, микроядра, хромосомные аберрации, генные мутации и хромосомные мутации in vivo и in vitro». Наиболее частыми мутациями в генах являются трансформации G: C ->T: A и тандемная замена оснований. Пирролизидиновые алкалоиды являются мутагенными in vivo и in vitro и, следовательно, ответственны за канцерогенез, в значительной степени в печени. Окопник является примером вида растений, который содержит четырнадцать различных PA. Активные метаболиты взаимодействуют с ДНК, вызывая повреждение ДНК, индукцию мутаций и развитие рака в печени эндотелиальных клетках и гепатоцитах. В конце концов исследователи обнаружили, что «окопник оказывает мутагенное действие на печень, а PA, содержащийся в окопнике, по-видимому, ответственен за индуцированную окопником токсичность и индукцию опухоли».

Методы испытаний

Цель тестирования на генотоксичность - определить, будет ли субстрат влиять на генетический материал или вызывать рак. Их можно проводить в клетках бактерий, дрожжей и млекопитающих. Обладая знаниями, полученными в результате тестов, можно контролировать раннее развитие организмов, уязвимых к генотоксическим веществам.

Анализ обратной мутации бактерий

Анализ обратной мутации бактерий, также известный как анализ Эймса, используется в лабораториях для проверки мутации генов. В этом методе используется множество различных бактериальных штаммов, чтобы сравнить различные изменения в генетическом материале. Результат теста обнаруживает большинство генотоксических канцерогенов и генетических изменений; обнаруживаются следующие типы мутаций: сдвиг рамки считывания и замены оснований.

Процедура теста Эймса для проверки генных мутаций, присутствующих в различных штаммах бактерий

токсикологическое тестирование in vitro

Цель Тестирование in vitro предназначено для определения того, вызывает ли субстрат, продукт или фактор окружающей среды генетическое повреждение. Один из методов включает цитогенетические анализы с использованием различных клеток млекопитающих. Типы аберраций, обнаруженных в клетках, затронутых генотоксическим веществом, включают хроматидные и хромосомные разрывы, разрывы хромосом, делеции хроматид, фрагментацию, транслокацию, сложные перестройки и многое другое. кластогенные или аневгенные эффекты от генотоксического повреждения вызовут увеличение частоты структурных или числовых аберраций генетического материала. Это похоже на тест на микроядер и анализ хромосомных аберраций, которые выявляют структурные и численные хромосомные аберрации в клетках млекопитающих.

В конкретной ткани млекопитающего можно определить лимфому мыши Тест TK +/- для проверки изменений в генетическом материале. Генные мутации обычно представляют собой точечные мутации, изменяющие только одно основание в генетической последовательности, чтобы изменить последующий транскрипт и аминокислотную последовательность; эти точечные мутации включают замены оснований, делеции, сдвиги рамки считывания и перестройки. Кроме того, целостность хромосом может быть изменена из-за потери хромосом и кластогенных повреждений, вызывающих множественные генные и мультилокусные делеции. Конкретный тип повреждения определяется размером колоний, различая генетические мутации (мутагены) и хромосомные аберрации (кластогены).

Тест SOS / umu assay оценивает способность вещество, вызывающее повреждение ДНК; он основан на изменениях индукции SOS-ответа из-за повреждения ДНК. Преимущества этого метода заключаются в том, что это быстрый и простой метод, удобный для многих веществ. Эти методы применяются для воды и сточных вод в окружающей среде.

Обзор использования SOS-ответа для тестирования генотоксичности

тестирование in vivo

Цель in vivo тестирования заключается в определении потенциала повреждения ДНК, которое может повлиять на структуру хромосомы или нарушить митотический аппарат, который изменяет число хромосом; Факторами, которые могут повлиять на генотоксичность, являются ADME и репарация ДНК. Он также может обнаруживать генотоксические агенты, пропущенные в тестах in vitro. Положительный результат индуцированного хромосомного повреждения - увеличение частоты микронуцеллированных PCE. микроядро представляет собой небольшую структуру, отдельную от ядра, содержащую ядерную ДНК, возникшую из фрагментов ДНК или целых хромосом, которые не были включены в дочернюю клетку во время митоза. Причинами этой структуры являются митотическая потеря ацентрических хромосомных фрагментов (кластогенность), механические проблемы из-за разрыва и обмена хромосом, митотическая потеря хромосом (аневгенность) и апоптоз. Микроядерный тест in vivo аналогичен тесту in vitro, поскольку он проверяет структурные и численные хромосомные аберрации в клетках млекопитающих, особенно в клетках крови крыс.

Анализ комет

Тесты комет являются одним из них. из наиболее распространенных тестов на генотоксичность. Методика включает лизис клеток с использованием детергентов и солей. ДНК, высвобожденную из лизированной клетки, подвергают электрофорезу в агарозном геле в условиях нейтрального pH. Клетки, содержащие ДНК с повышенным количеством двухцепочечных разрывов, будут быстрее перемещаться к аноду. Преимущество этого метода состоит в том, что он обнаруживает низкие уровни повреждения ДНК, требует очень небольшого количества клеток, дешевле, чем многие методы, прост в применении и быстро отображает результаты. Однако он не определяет механизм, лежащий в основе генотоксического эффекта, или точный химический или химический компонент, вызывающий разрывы.

Рак

Генотоксические эффекты, такие как делеции, разрывы и / или перегруппировки, могут привести к рак, если повреждение не приводит сразу к гибели клеток. Участки, чувствительные к поломке, называемые хрупкими участками, могут возникать в результате воздействия генотоксичных агентов (например, пестицидов). Некоторые химические вещества обладают способностью индуцировать хрупкие участки в тех областях хромосомы, где присутствуют онкогены, что может привести к канцерогенным эффектам. В соответствии с этим выводом, профессиональное воздействие некоторых смесей пестицидов положительно коррелирует с повышенным генотоксическим повреждением людей, подвергшихся воздействию. Повреждение ДНК неодинаково по степени тяжести в разных популяциях, потому что люди различаются по своей способности активировать или детоксифицировать генотоксичные вещества, что приводит к вариабельности заболеваемости раком среди людей. Различие в способности детоксифицировать определенные соединения обусловлено унаследованным полиморфизмом отдельных людей генов, участвующих в метаболизме химического вещества. Различия также могут быть объяснены индивидуальными различиями в эффективности механизмов репарации ДНК

метаболизм некоторых химических веществ приводит к образованию активных форм кислорода, что является возможным механизм генотоксичности. Это наблюдается в метаболизме мышьяка, который производит гидроксильные радикалы, которые, как известно, вызывают генотоксические эффекты. Аналогичным образом, ROS были вовлечены в генотоксичность, вызванную частицами и волокнами. Генотоксичность неволокнистых и волокнистых частиц характеризуется высокой продукцией ROS из воспалительных клеток.

Генотоксическая химиотерапия

Генотоксическая химиотерапия - это лечение рака с использованием одного или нескольких генотоксических препаратов. Лечение традиционно является частью стандартизированного режима. Используя разрушительные свойства генотоксинов, лечение направлено на то, чтобы вызвать повреждение ДНК в раковых клетках. Любой ущерб, нанесенный раку, передается потомкам раковых клеток по мере продолжения пролиферации. Если это повреждение достаточно серьезное, оно будет вызывать у клеток апоптоз.

риски

Недостатком лечения является то, что многие генотоксические препараты одинаково эффективны как для раковых, так и для нормальных клеток. Селективность действия того или иного лекарства основана на чувствительности самих клеток. Таким образом, хотя быстро делящиеся раковые клетки особенно чувствительны ко многим лекарственным препаратам, часто страдают нормальные функционирующие клетки.

Другой риск лечения заключается в том, что многие лекарства не только генотоксичны, но и мутагенный и цитотоксический. Таким образом, действие этих препаратов не ограничивается только повреждением ДНК. Кроме того, некоторые из этих лекарств, предназначенных для лечения рака, также являются канцерогенами сами по себе, повышая риск вторичного рака, такого как лейкемия.

Различные методы лечения

Эта таблица изображает различные методы лечения рака на основе генотоксичности вместе с примерами.

ЛечениеМеханизмПримеры
Алкилирующие агенты препятствуют репликации и транскрипции ДНК путем модификации оснований ДНК.Бусульфан, Кармустин, Мехлорэтамин
Интеркалирующие агенты мешают репликации и транскрипции ДНК, вклиниваясь в промежутки между нуклеотидами ДНКДаунорубицин, Доксорубицин, Эпирубицин
Ингибиторы ферментов подавляют ферменты, которые имеют решающее значение для репликации ДНКДецитабин, Этопозид, Иринотекан

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Последняя правка сделана 2021-05-21 03:11:29
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте