TOXIC PROCESS INITIAL MANIFESTATIONS UNDER CONDITIONS OF ENVIRONMENT CHRONIC CONTAMINATION WITH LOW DOSES OF DIOXINS: ANALYSIS OF THE CONTRIBUTION OF RETROTRANSPOSONS AND METHYLTRANSFERASE DNMT1 GENE

  • Authors: Lavrenov A.R.1,2, Ordzhonikidze K.G3,4, Roumak VS5,6, Kim A.I.1, Umnova NV7
  • Affiliations:
    1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет
    2. Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН
    3. Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН
    4. Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН
    5. A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian Academy of Sciences
    6. M.V. Lomonosov Moscow State University
    7. A. N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution
  • Section: Articles
  • URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/77320
  • DOI: https://doi.org/10.17816/humeco77320


Cite item

Abstract

Objective: to study the state of the genome in terms of the activity of retrotransposons and the gene encoding DNA methyltransferase I (DNMT1) as well as DNA damage in animals from the natural population of the bank vole (Clethrionomys glareolus) inhabiting the territory in the vicinity of the conserved landfill Salariyevo (municipal waste disposal site, Moscow) contaminated by dioxins in low concentrations.

Methods: activity of retrotransposons ERV-L, B1 and L1 and the transcription level of the DNMT1 gene was assessed by real-time PCR. The DNA stability in liver and bone marrow cells was characterized by the Comet Assay method. The obtained characteristics of the genome (resistance, reactivity and damage) in response to the environmental stress factors were compared among groups of animals from the studied and conditionally control samples.

Results: the effects of a decrease in the activity of retrotransposons of classes B1 and L1 and an increase in the level of expression of the DNMT1 gene were revealed in voles from the natural population living under conditions of long-lasting chronic exposure to low doses of dioxins. An increased level of DNA damage was detected in hepatocytes (on average, up to 56% of DNA in the comet's tail) with the additional effect of winter factors besides the chronic influence of low subtoxic doses of dioxins.

Conclusions: suppression of the activity of retrotransposons and an increase in the expression of its epigenetic regulator (DNMT1) are considered to be a vole’s population adaptive strategy to long-lasting chronic exposure to dioxins contaminating the environment in low doses. Alterations in the genome reactivity and destabilization indicate the initiation of the primary mechanisms of the toxic process development. Thus, the produced and tested methodological base for this process study among environmentally exposed populations opens up some prospects for a threshold level establishing, and subsequently, verifying indicators for local assessment of the public health risk using biomonitoring methods.

Full Text

Введение

В больших и малых городах России, где проживает большая часть населения, источники диоксинов1 встречаются практически повсеместно [3, 8]. Высокий уровень вероятности негативного влияния производимых ими выбросов и сбросов на здоровье и развитие организмов определяет актуальность разработки мероприятий для контроля и охраны экологической безопасности [5].

            Отмечено, что опосредованное средой длительное хроническое воздействие на население малых субтоксичных доз (концентраций) диоксинов, которые характеризуют выраженные сверкумулятивные эффекты, могут проявляться отдаленными медико-биологическими последствиями (отсроченными эффектами). Начальные и клинические формы их проявления имеют много сходств с все еще мало изученными полигенными заболеваниями [5, 26, 38]. В этой связи отметим, что биологические механизмы формирования и развития отдаленных последствий в значительной степени определяют каскадные изменения сигнальных путей, запускаемых системой рецептора ароматических углеводородов (AhR), множеством белков-коактиваторов [31] при участии механизмов эпигенетической регуляции (включая метилирования и деметилирования) промоторов множества генов [12, 30]. Поэтому расширение представлений о состояния генома имеет большую практическую значимость для разработки биомониторинга реакций биосистем организма, запускаемых начальными биологическими и токсическими эффектами.

            Для охраны окружающей среды в России и здоровья ее населения установлены нормы допустимого поступления диоксинов в организм человека и гигиенические нормативы содержания смесей этих веществ в средах. Между тем, обоснованная оценка с помощью этих норм и нормативов малых субтоксичных доз (концентраций) диоксинов, загрязняющих среду встречает труднопреодолимые ограничения. В том числе определяемых выраженной пространственной мозаичностью содержания в окружающей среде и тканях человека на подлежащих контролю территориях; индивидуальными различиями в чувствительности и/или резистентности, а также активным влиянием на проявления токсических свойств многих внешних и временных факторов экспозиции [1, 38]. Большую часть этих ограничений позволяет учитывать биомониторинг [41].

Наилучшие условия для биомониторинга путем выявления начальных проявлений токсических эффектов диоксинов предоставляет молекулярная токсикология, т.к. это направление призвано изучать закономерности взаимодействия токсических химических веществ с живыми организмами на начальном уровне формирования токсического процесса. В первую очередь следует говорить о молекулярном (либо субмолекулярном) и клеточном уровне [6]. Поэтому, методические возможности этого направления могут способствовать созданию условий своевременной оценке риска для здоровья населения при воздействии выбросов диоксинов, загрязняющих среду. Все это в полной мере можно отнести к исследованиям ретротранспозонов во взаимосвязи с регуляторами их активности и проявлениями в виде повреждений ДНК.

Ретротранспозоны или мобильные генетические элементы (МГЭ) являются непременным компонентом ядерной ДНК живого организма [14]. Их ключевыми представителями стали три класса: с длинными концевыми повторами (ДКП-ретротранспозоны); короткие диспергированные повторы (SINE - Short Interspersed Repeated Sequences); длинные диспергированные повторы (LINE - Long Interspersed Repeated Sequences) [20, 36, 39]. Наиболее известными подклассами этих трех классов являются ERV-L, В1 и L1, соответственно. В благоприятных для жизни условиях ретротранспозоны мало активны, так как подавляются множеством эпигенетических механизмов, например, работой метилтрансфераз [22, 34]. При воздействии на организм многих стрессовых факторов активность ретротранспозонов активно возрастает, что проявляется ростом уровня их обратной транскрипции и активизацией процессов перемещения внутри генома по типу «копирование и вставка».

Взаимосвязи между активностью ретротранспозонов, утратой геномом присущей ему стабильности и патогенезом многих полигенных заболеваний уже отмечены и поэтому активно изучаются [19, 21, 25]. В отношении длительного хронического воздействия на организм малых субтоксических доз диоксинов, загрязняющих среду, такие данные практически отсутствуют. Необходимость их получения определила цель настоящей работы.

Методы

Объектами исследования стали загрязненные диоксинами ткани животных из природной популяции рыжей полевки (Clethrionomys glareolus), обитающей на селитебных территориях в окрестностях стационарного источника выбросов и сбросов этих веществ − законсервированной свалки (полигона твердых отходов производства и потребления «Саларьево» г. Москва, 55,417925 N, 37,289854 E). Четырехлетний мониторинг (2016-2019 гг.) содержания смесей диоксинов в их тканях показал достаточно высокий и стабильный во времени уровень их присутствия. Средние значения общей токсичности (т.е. суммарные величины WHO-TEQ05 в пересчете на 2,3,7,8-ТХДД) составляли 3,7 ± 4,5 пг/г липидов. Достоверных отличий между самками и самцами не выявлено2.

Отлов и обследование животных выполнены в 2018-2019 гг. Отметим, что этот вид довольно часто используется в качестве модельного объекта в экотоксикологии [2] и наши предыдущие исследования показали перспективы его использования для начальной оценки риска для человека малых субтоксичных доз диоксинов, загрязняющих среду. Условно контрольная выборка рыжей полевки представлена потомками популяции, обитавшей до 2011 г. на территории Центрального лесного заповедника в Тверской области. В последующий период времени эта популяция поддерживается сотрудниками научно–экспериментальной базы ИПЭЭ РАН «Черноголовка» путем непрерывного размножения в условиях вивария. Контрольным измерением содержания диоксинов в тканях животных, представляющих эту выборку, показан низкий уровень загрязнения2 - 0,26 ± 0,04 пг/г липидов.

Общий объем обследованных выборок составил 53 особи (табл.1).

Таблица 1

Общая характеристика обследованного биоматериала

Обозначение

выборок

Условное обозначение

Изучаемые показатели

Количество животных

самцы

самки

Экспонированные животные

Sv-BV

ДНК/РНК анализ

12

6

ДНК-кометы

5

3

Условно контрольные

Ch-BV

ДНК/РНК анализ

10

8

ДНК-кометы

6

3

 

               Эвтаназию экспонированных и неэкспонированных животных проводили путем шейной дислокации после трехдневного содержания в лаборатории, что исключало стрессовые реакции в ответ на изъятие из привычных условий обитания. Метод эвтаназии соответствовал требованиям ст. 6 и Приложения IV Директивы 2010/63 / EU. Пробы печени и котного мозга отбирали сразу после эвтаназии. Ретротранспозоны анализировали в печени, кометы – в печени и костном мозге.Все последующие генетические анализы тканей выполняли согласно стандартным протоколам по методикам, используемым при биомониторинге и описанным ниже.

Протокол анализа ретротранспозонов предусматривал идентификацию ERV-L, B1 и L1 классов в геномной ДНК методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), изучение их активности по комплементарной ДНК (кДНК), полученной с их транскриптов. Одновременно определялся уровень транскрипции гена метилтрансферазы DNMT1, поскольку метилирование является одним из основных способов подавления транскрипции ретротранспозонов геномом [43]

Выделение тотальной РНК и геномной ДНК проводили согласно протоколу набора «ExtractRNA» фирмы производителя («Евроген», Россия). Пробы РНК обрабатывались ДНКазой I ("Thermo Fisher Scientific") в течение 1 часа по протоколу фирмы производителя. кДНК синтезировали с использованием случайного праймера согласно протоколу производителя набора, MMLV RT компании «Евроген» (Россия).

Выбор праймеров для ПЦР включал анализ выравнивания известных консервативных последовательностей ретротранспозонов и последовательностей DNMT1 (http://sines.eimb.ru/; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore; [9, 36, 39] (приложение 1, 2). β-актин использовали в качестве референсного гена для оценки уровня транскрипции. ПЦР проводили согласно протоколу набора qPCRmix-HS SYBR («Евроген», Россия). Схема цикла ПЦР: плавление 30 сек при 95°С, отжиг праймеров 30сек - 1 мин при 51-55°С (в зависимости от температуры плавления праймеров) и синтез 1 мин при 72°С.

В качестве матрицы использовали хромосомную ДНК и кДНК. Результаты ПЦР обрабатывали в программе Bio-Rad CFX Manager (версия 1.6.541.1028).Последовательности подобранных праймеров:

Ervpol nF 5'-AGAATGACAGTTGAYTATYGA-3'

Ervpol nR 5'-ATCAATATAGTGNACCARTGTG-3'

Ervpol md-R 5'-AATTGCTTCTGGTGGTCCTTAT-3'

Ervpol md-F 5'-TCCATAAGGACCACCAGAAG-3'
b1F 5'-ACGCCTTTAATCCCAGCACT-3'
b1R 5'-TTTCGAGACAGGGTTTCTCTG-3'
l1F 5'-CTCAGAAGATGGAAAGATCTCCCA-3'
l1R 5'-GATGGGGATTGCATTGAATCTGT-3'

dnmrtF 5'-AGTGACGAGGAAGCTGTGGT-3'

dnmrtR 5'-AAGGAAGTAGAAGCGGTCAGG-3'

β-actin F 5′-GCTCTTTTCCAGCCTTCCTT-3′

β-actin R -5′ -GAGCCAGAGCAGTGATCTCC-3′

 Comet Assay (гель-электрофорез единичных клеток) позволял оценить повреждения ДНК отдельных клеток путем регистрации ее подвижности (включая отдельные фрагменты) в постоянном электрическом поле и образования электрофоретического следа наподобие хвоста кометы, длину которого определяют количества одно- и двунитевых разрывов ДНК и щелочно-лабильных сайтов.  Метод обладает высокой чувствительностью, требует минимального количества экспериментального материала, применим ко всем типам клеток, содержащих ДНК, верифицирован в исследованиях химических соединений с известной мутагенной и канцерогенной активностью и, как следствие, предложен в качестве одной из краткосрочных тест-систем для оценки их потенциальной канцерогенной активности [28].Для получения гель-слайдов предметные стекла покрывали 1% агарозным гелем, в который вносили исследуемые клетки. Гель с клетками наносили на подготовленные гель-слайды. После затвердевания клетки подвергали лизису, во время которого происходит диссоциация клеточных структур и выпетливание хроматина в поры агарозы. В данном исследовании применяли щелочной вариант метода ДНК-комет – при котором регистрируют одно- и двунитевые разрывы ДНК, что расширяет возможности оценки генотоксического потенциала интересующих факторов. Щелочная денатурация проводится при рН>13, в результате чего щелочно-лабильные сайты реализуются в однонитевые разрывы.Следующим этапом метода является электрофорез в щелочных условиях; под влиянием электрического поля ДНК мигрирует к аноду в виде отдельных фрагментов или петель и формирует электрофоретический след, напоминающий хвост кометы, параметры которого зависят от количества разрывов в ДНК. После электрофореза препараты фиксировали и окрашивали флуоресцирующим красителем SYBR Green I. Анализ проводили в соответствии с рекомендациями OECD 489 [28] и рекомендациями по анализу щелочных комет in vivo [18, 29]. Слайды анализировали под микроскопом «Axioplan 2 Imaging» (Carl Zeiss, Германия), оснащенным камерой CV-M4 + CL (JAI, Япония) и программным обеспечением «Comet Imager 2.0» (MetaSystems, Германия). В качестве показателя поврежденности ДНК, в соответствии с рекомендациями OECD  489, использовали процентное содержание ДНК в хвосте кометы (% ДНК), отражающее относительное количество фрагментов ДНК, мигрирующих к аноду при электрофорезе. От каждого животного анализировали не менее 100 клеток печени и костного мозга на % ДНК в хвосте кометы и подсчитывали среднее значение медианы по группе. Согласно рекомендациям OECD 489 Guideline (2016), медиану % ДНК в хвосте комет определяли для каждого животного (не менее 100 клеток на животное, полученных с двух слайдов), после чего подсчитывали среднее значение медианы по группе. Статистическую обработку данных, полученных методом ДНК-комет, а также методом ПЦР в реальном времени проводили с применением непараметрического теста Манна-Уитни в программе SPSS Statistics, v.25 и JASP, v.0.13, соответственно.  

Результаты

В выборке экспонированных (Sv-BV) и условно контрольных полевок (Ch-BV) геномная ДНК содержала все изучаемые нами ретротранспозоны − ERV-L, B1 и L1.  Количественных различий между выборками по показателю «количество копий» ретротранспозонов на геном не выявлено.

Рис.1. Уровни транскрипции ретротранспозонов B1 (SINE) (А) и L1 (LINE-1) (Б) -, а также гена DNMT1 (В), рассчитанной методом «2ΔCt» с нормализацией на beta-actin. На гистограммах отображены средние значения показателей. Планки погрешностей отражают максимальные и минимальные значения. Ch-BV- условно-контрольная линия из вивария Черноголовка, Sv-BV - линия отобранная с экспонированной территории. Статистически значимые различия при p <0,05 

Транскрипция класса ERV-L в выборках экспонированных и условно контрольных полевок отсутствовала. Уровень транскрипции классов В1 и L1 у экспонированных особей был достоверно меньше такового у неэкспонированных (p=0,004 и p=0,002, соответственно) (рис. 1 A, Б). Этому снижению сопутствовало статистически значимое повышение транскрипции гена DNMT1 (p=0,002), участвующего в механизмах метилирования ДНК (рис. 1 В). Значимого влияния гендерных различий на уровень транскрипции классов В1 и L1 в выборках экспонированных и условно контрольных животных не выявлено. Корреляции этих изменений с показателями массы тела, роста и другими морфометрическими параметрами животных не выявлено.

Методом Comet Assay определили, что у экспонированных животных уровень встречаемости гепатоцитов с повреждениями ДНК был меньше, чем у контрольной выборки – 2,06 ± 0,28 % для Sv-BV и 5,66 ± 0,89 % для Ch-BV (p = 0,05). Для клеток костного мозга достоверных различий не выявлено − 1,29 ± 0,35 % в выборке Sv-BV и 2,55 ± 0,38 % в выборке Ch-BV.

Обсуждение

Результаты исследования свидетельствуют о том, что обусловленное средой длительное хроническое воздействие на организм рыжей полевки малых субтоксичных доз (концентраций) выбросов диоксинов, производимых законсервированной свалкой отходов производства и потребления проявилось уменьшением активности ретротранспозонов L1 и В1; повышенным уровнем экспрессии гена DNMT1; отсутствием в клетках костного мозга повреждений ДНК, и сниженным уровнем встречаемости гепатоцитов с такими повреждениями.

При оценке этого результата важно учитывать, что за период эксплуатации полигона (более 50 лет) в изучаемой популяции сменилось более 100 поколений, накопивших не только диоксины и другие загрязнители, но и делеционные и/или инсерционные мутации, которые вместе с диоксинами длительное время передавались по нисходящим поколениям, превращаясь в дополнительные факторы риска. При таком множестве факторов экспозиции добиться условий для четкой идентификации эффектов токсического действия диоксинов крайне сложно, а подчас практически невозможно. Поэтому стали применять интегральные показатели, фиксирующие изменения, часто возникающие у экспонированных в условиях дополнительных экстремальных нагрузок и отражающие начальные проявления механизмов адаптации и дизадаптации биологических систем [33].

Экстремальная роль зимнего сезона года для полевок как цикломорфных млекопитающих твердо доказана [15]. Поэтому мы дополнительно проанализировали вероятные изменения гепатоцитов и клеток костного мозга по показателям встречаемости повреждений ДНК в выборке переживших зиму половозрелых полевок. Животных (n = 9) отловили строго на тех же участках ранней весной сразу после схода снежного покрова в последующий за годом отлова выборки Sv-BV и обозначили как выборку Sv-BV (Spr). У этих полевок уровень встречаемости гепатоцитов с повреждениями ДНК оказался очень высоким - 55,29 ± 9,53 % против 5,66 ± 0,8 % в

Рис.2. Процентное содержание ДНК в хвосте кометы в клетках печени (Clethrionomys glareolus). Данные представлены в виде диаграммы линейных отрезков, отражающих величины медиан для исследуемых выборок животных с 25% и 75% («прямоугольники»), минимальными и максимальными значениями. Sv-BV экспонированные животные, обследованные в осенний период. Sv-BV (Spr) экспонированные животные, обследованные в весенний период. Ch-BV – контрольная группа. * р = 0,05, ** р = 0,002 - статистически достоверные отличия от контроля или между экспериментальными группами (непараметрический U-критерий Манна-Уитни).

условно контрольной выборке (Ch-BV) и против 2,06 ± 0,28 % у экспонированных животных (Sv-BV) (рис.2).

Критериев для оценки этого результата − в аспекте перспектив характеристики токсического процесса в виде клинически значимых форм − не создано. Между тем эффект высокого уровня нестабильности ДНК в гепатоцитах можно оценить как проявление измененной реактивности клеток. Косвенное отношение к оценке и трактовке этого результата имеют установленные нами ранее взаимосвязи между показателями сниженной у человека реактивности системы микросомального окисления в печени и лимфоцитах, дестабилизации лимфоцитарной ДНК и проявлениями так называемой диоксиновой патологии. Ее характеризуют многие излечимые и практические неизлечимые формы потерь здоровья и нарушения развития, возникающие у населения загрязненных диоксинами территорий Вьетнама, обследованного нами в связи с историей применения армией США диоксинсодержащей рецептуры «Оранжевый агент» [5, 33, 38].

Встречаемость в костном мозге полевок клеток с повреждениями ДНК во всех рассмотренных нами выборках оказалась хорошо сопоставимой и не превышала 3%. Среди выборки Sv-BV их процентная частота составила − 2,55 ± 0,38; у Sv-BV(Spr) − 1,66 ± 0,50 и Ch-BV − 1,29 ± 0,35%. Различия в реакциях со стороны гепатоцитов и клеток костного мозга мы связываем с особенностями условий их экспозиции. Известно, что ткани печени в отличие от костного мозга более активно накапливают диоксины [23]. При этом продолжительность жизни дифференцированных гепатоцитов исключительно велика, тогда как костный мозг характеризует высокая способность к регенерации [7] и, как следствие, сравнительно непродолжительный период взаимодействия зрелых клеток с накопленными диоксинами. Более того, невысокий уровень поврежденных гепатоцитов у животных осеннего отлова может быть связан с повышенным уровнем апоптоза поврежденных клеток, что было нами показано ранее для молодого поколения вьетнамских крестьян [38].

На основании собранных и исследованных данных появилась возможность оценки использованного в работе протокола исследований для поиска показателей биомониторинга со стороны реакций внутриклеточных структур.

Заметим, что зарегистрированные нами эффекты повышения уровня транскрипции DNMT1 и снижения активности ретротранспозонов в полной мере отражают известные представления о регуляции их активности путем метилирования ДНК [22, 25, 34]. В ряде исследований на лабораторных животных и культурах тканей была продемонстрирована индукция экспрессии метилтрансфераз различными дозами ТХДД, что приводило к изменениям уровня метилирования ДНК [30, 42].  Поэтому, наблюдаемую нами пониженную активность ретротранспозонов B1 и L1 в выборке экспонированных животных (Sv-BV) мы рассматриваем в аспекте общих механизмов формирования и развития защитных реакций, направленных на активное подавление транспозиции ретротранспозонов и предотвращение дестабилизации генома. Отсутствие подобного эффекта со стороны ERV-L класса у экспонированных и неэкспонированных особей мы связываем с тем, что их активность у полевок очень низкая и, как следствие, выявить ее изменения с помощью использованных в работе методов оказалось практически невозможным.

Некоторые лабораторные эксперименты показывают, что воздействие диоксинов может стимулировать активность ретротранспозонов и гипометилирование ДНК [11, 13, 27]. Однако лабораторные исследования не учитывают долговременное воздействие сверхмалых доз стойких органических загрязнителей на организм, как и адаптивные механизмы, передающиеся из поколения в поколение среди животных, подвергающихся хроническому воздействию химических стрессовых факторов. О негативных последствиях чрезмерной активности ретротранспозонов известно давно [19, 21], но стоит отметить, что и чрезмерное подавление их транскрипции и гиперметилирование ДНК может негативно сказываться на жизнеспособности организма. Так повышенная активность DNMT1 и метилирование сайтов транспозонов может распространяться на соседние гены [11, 16]. Гиперметилирование некоторых генов-супрессоров опухолей приводит к соматическим патологиям [17, 24]. Также известно, что нормальная активность ретротранспозонов важна на ранних стадиях развития млекопитающих [14].

Мы предполагаем, что предотвращение транспозиции ретротранспозонов путем гиперметилирования ДНК является наиболее оптимальной стратегией генома для развития адаптации к экотоксикантам и другим стрессовым факторам окружающей среды. Для более полного понимания происходящих изменений при стрессовом воздействии на организм, что имеет большое практическое значение для биомониторинга, протоколы дальнейших исследований должны быть расширены методами, позволяющими изучать активность ретротранспозонов и связанных с ними эпигенетических процессов. Например, изменения уровня экспрессии метилтрансфераз DNMT3a и DNMT3b, а также статуса метилирования геномной ДНК.

 

Заключение

Результат анализа данных, отражающих состояние генома печени животных из природной популяции рыжей полевки, обитающей на загрязненных малыми субтоксичными концентрациями диоксинов территориях, стал основанием для заключения о запуске начальных механизмов формирования токсического процесса. Полученные нами характеристики этих механизмов не только расширили представления о токсичности этих веществ, что имеет большое практическое значение для установления порогового уровня, но и позволяют рекомендовать уже сейчас расширять с их помощью перечень мероприятий скрининговой оценки риска для здоровья населения методами биомониторинга. Особенностью популяций рыжей полевки является длительное проживание на строго определенных, небольших по площади территориях и соответственно активное поглощение местных пищевых продуктов, загрязненных выбросами диоксинов. Следовательно, концентрации диоксинов в их тканях (дозы прямого действия) во взаимосвязи с проявлениями начальных токсических эффектов наилучшим образом отражают общие закономерности хемобиокинетики и токсикодинамики диоксинов в условиях максимально жёсткой экспозиции, приуроченной к строго определенной территории [4]. Человек в силу своего образа жизни поглощает эти вещества в существенно меньших количествах. Поэтому оценка токсичности накопленных полевками доз диоксинов будет способствовать решению проблем по предупреждению риска за счет формирования научно обоснованного представления о возможной биодоступности для человека этих веществ в ближайшей перспективе.

           

Благодарности

Авторы выражают благодарность научному сотруднику Лаборатории поведения и поведенческой экологии ИПЭЭ РАН к.б.н. О.В. Осиповой за предоставление условно-контрольной линии.

 

 

 

Полихлорированные дибензо-п-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ), учитываемые санитарно-гигиеническими нормативами 7 ПХДД и 10 ПХДФ.

2 Результаты этого исследования обобщает наша статья «Seasonal peculiarities of PCDD/Fs levels in bank voles inhabiting sites in the vicinity of the landfill with municipal wastes (Moscow, Russia)», которая направлена для публикации в журнал Environmental Science and Pollution Research и в настоящее время находятся на этапе рецензирования.

×

About the authors

A. R. Lavrenov

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет; Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН

Author for correspondence.
Email: overtaki@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7318-8046
SPIN-code: 4081-9972
Scopus Author ID: 56046623800
ResearcherId: F-3019-2017

кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры генетики; ведущий инженер центра безопасности биосистем

Russian Federation

K. G Ordzhonikidze

Институт общей генетики им. Н.И.Вавилова РАН; Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН

Email: chiris.ordj@gmail.com

научный сотрудник

119991, Россия, Москва, ул. Губкина, д.3; 119071, Россия, Москва, Ленинский проспект, д.33

V S Roumak

A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution of Russian Academy of Sciences; M.V. Lomonosov Moscow State University

Email: roumak@mail.ru

доктор медицинских наук, профессор, зав. лабораторией Центр безопасности биосистем Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук; руководитель Центра безопасности биосистем биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

119071, г. Москва, Ленинский пр., д. 33

A. I. Kim

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет

Email: aikim57@mail.ru
SPIN-code: 8606-4506
Scopus Author ID: 7402063241
ResearcherId: P-4899-2015
Russian Federation, 119234, Россия, Москва, Ленинские горы д.1, стр. 12

N V Umnova

A. N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution

Email: unv2014@mail.ru

- доктор биологических наук, в. н. с. Центра безопасности биосистем

Moscow, Russia

References

  1. Agapkina G. I., Brodskij E. S., Shelepchikov A. A., Feshin D. B., Efimenko E. S. Polixlorirovanny`e dibenzo-p-dioksiny` i dibenzofurany` v pochvax g. Moskvy` // Vestnik moskovskogo universiteta. Seriya 17, pochvovedenie, 2010. №3. S. 16–20.
  2. Agapkina G.I., Brodskii E.S., Shelepchikov A.A., Feshin D.B., Efimenko E.S. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in soils of Moscow-City // Moscow University Soil Science Bulletin. 2010. № 3. P. 16-20.
  3. Bezel` V. S., Muxacheva S. V. Troficheskie urovni melkix mlekopitayushhix: mul`tie`lementny`j sostav i toksicheskaya nagruzka. // Povolzhskij e`kologicheskij zhurnal. 2012. №1. S. 3–13.
  4. Bezel VS, Mukhacheva SV Trophic levels of small mammals: multielement composition and toxic load. Povolzhskiy Journal of Ecology (Saratov). 2012 № 1. P. 3-13. (In Russian).
  5. Rozanov V. N., Treger Yu. A. Ocenka vy`brosov dioksinov osnovny`x istochnikov v RF // E`kologiya i promy`shlennost` v Rossii. 2011. № 2. S. 32–35.
  6. Rozanov V.N., Tregger Yu. A. Assessment of dioxins emission from major sources in the Russian Federation // Ecology and Industry of Russia. 2011. № 2. P. 32-35.
  7. Rumak V. S., Umnova N. V., Levenkova E. S., Turbabina K. A., Pivovarov E. A., Shelepchikov A. A., Pavlov S. D. Dioksiny` v srede i organizme zhivotny`x vblizi poligona otxodov proizvodstva i potrebleniya: k metodologii riska dlya zdorov`ya naseleniya // E`kologiya cheloveka. 2017. № 10. S. 9–15.
  8. Roumak V. S., Umnova N. V., Levenkova E. S., Turbabina K. A., Pivovarov E. A., Shelepchikov A. A., Pavlov S. D. Dioxins in the environment and the body of animals near landfill: to the methodology of public health risk evaluation // Human Ecology (Arkhangelsk) 2017. 10. P. 9-15 (In Russian). http://hum-ecol.ru/wp-content/uploads/2013/11/rus-10-2017.docx
  9. Sofronov G. A., Bochkov N. P., Umnova N. V., Rumak, V. S., Zhuchenko, N. A., Lazarenko, D. Yu., Tuyet X. A. E`kologo-geneticheskie proyavleniya dioksinovoj patologii // Medicinskij akademicheskij zhurnal. 2006. 6, № 1. S. 163–174. Sofronov G.A., Bochkov N.P., Umnova N.V., Rumak V.S., Zhuchenko N.A., Lazarenko D.Yu., Hoang Anh Tuyet. Ecologo-genetic manifestations of dioxin pathology // Medical Academic Journal (InformMed. S.Pb.). 2006. 6, № 1. P. 163–174 (in Russian). https://iemspb.ru/maj/
  10. Sofronov G. A., Rembovskij V. R., Rodilov A. S., Mogilevskaya L. A. Sovremenny`e vzglyady` na mexanizmy` toksicheskogo dejstviya dioksinov i ix sanitarno-gigienicheskoe normirovanie // Medicinskij akademicheskij zhurnal. 2019. Tom 19, № 1. S. 17–29. Sofronov G. A., Rembovskiy V. R., Radilov A. S., Mogilenkova L. А. Modern views on the mechanism of the toxic action of dioxins and their hygienic rationing // Medical Academic Journal. 2019. 19, № 1. P. 17-28 (in Russian). https://en.iemspb.ru/medical-academic-journal/
  11. Celujko S. S., Krasavina N. P., Sayapina I. Yu, Ogorodnikova T. L., Semenov D. A., Kozlova V. S., Korneeva L. S. Regeneraciya organov: uchebnoe posobie // Blagoveshhensk, 2017. 208 s. Tseluyko S.S., Krasavina N.P., Sayapina I.Yu., Ogorodnikova T.L., Semenov D.A., Kozlova V.S., Korneeva L.S. Tissue regeneration: student manual //Blagoveschensk. 2017. 208 p. https://www.amursma.ru/upload/iblock/67d/Regeneraciya_organov.pdf
  12. Postanovlenie Pravitel`stva RF ot 5 noyabrya 1995 g. N 1102 "O federal`noj celevoj programme "Zashhita okruzhayushhej prirodnoj sredy` i naseleniya ot dioksinov i dioksinopodobny`x toksikantov na 1996-1997 gody`
  13. " Decree of the Government of the Russian Federation No. 1102 of November 5, 1995 "On the federal target program" Protection of the environment and the population from dioxins and dioxin-like toxicants for 1996-1997"
  14. Bénit L., Lallemand J. B., Casella J. F., Philippe H., Heidmann T. ERV-L elements: a family of endogenous retrovirus-like elements active throughout the evolution of mammals // Journal of Virology. 1999. 73, № 4. P. 3301–3308.
  15. Brunn H., Georgii S., Bachour G., Elmadfa I. Free-living animals as an indicator of environmental contamination // Tieraerztliche Umschau (Germany, FR). 1991. 46. P. 549–553.
  16. Carnell A. N. Goodman J. I. The long (LINEs) and the short (SINEs) of it: altered methylation as a precursor to toxicity // Toxicological Sciences. 2003. 75, № 2. P. 229–235.
  17. Collotta M., Bertazzi P. A., Bollati V. Epigenetics and pesticides // Toxicology. 2013. 307. P. 35–41 [PubMed: 23380243].
  18. Del Re B., Giorgi G. Long Interspersed element‐1 mobility as a sensor of environmental stresses // Environmental and Molecular Mutagenesis. 2020. 61, № 4. P. 465–493.
  19. De Parseval N., Heidmann T. Human endogenous retroviruses: from infectious elements to human genes // Cytogenetic and Genome Research. 2005. 110, № 1-4. P. 318–332.
  20. Ecke F., Berglund A. M. M., Rodushkin I., Engstrom E., Pallavicini N., Sorlin D., ... Hornfeldt B. Seasonal shift of diet in bank voles explains trophic fate of anthropogenic osmium? // Sci. Total Environ. 2018. 624. P.1634–1639. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.10.056. Epub 2017 Oct 25. PMID: 29079088.
  21. Estécio M. R., Gallegos, J., Dekmezian, M., Lu, Y., Liang, S., Issa, J. P. J. SINE retrotransposons cause epigenetic reprogramming of adjacent gene promoters // Molecular Cancer Research. 2012. 10, № 10. P. 1332–1342.
  22. Fan H., Zhao Z. J., Cheng J., Su X. W., Wu Q. X., Shan Y. F. Overexpression of DNA methyltransferase 1 and its biological significance in primary hepatocellular carcinoma // World J. Gastroenterol. 2009. 15, № 16. P. 2020–2026.
  23. Gajski G., Žegura B., Ladeira C., Novak M., Sramkova M., Pourrut B., ... Collins A. The comet assay in animal models: from bugs to whales (Part 2 Vertebrates) // Mutation Research / Reviews in Mutation Research. 2019. 781. P. 130–164.
  24. Gasior S.L., Wakeman T.P., Xu B., Deininger P.L. The human LINE-1 retrotransposon creates DNA double-strand breaks // Journal of Molecular Biology. 2006. 357(5): 1383-1393.
  25. Gifford R. J., Blomberg J., Coffin J. M., Fan H., Heidmann T., Mayer J., Stoye J., Tristem M., Johnson W. E. Nomenclature for endogenous retrovirus (ERV) loci // Retrovirology. 2018. 15, № 1. P. 1–11.
  26. Jern P., Coffin J.M. Effects of retroviruses on host genome function // Annual Review of Genetics. 2008. 42. P. 709–732. https://doi.org/10.1146/annurev.genet.42.110807.091501
  27. Jönsson M. E., Brattås P. L., Gustafsson C., Petri R., Yudovich D., Pircs, K., ... & Jakobsson, J. Activation of neuronal genes via LINE-1 elements upon global DNA demethylation in human neural progenitors // Nature communications. 2019. 10, № 1. P. 1–11.
  28. Kunisue T., Watanabe M. X., Iwata H., Tsubota T., Yamada F., Yasuda M., Tanabe S. PCDDs, PCDFs, and coplanar PCBs in wild terrestrial mammals from Japan: congener specific accumulation and hepatic sequestration // Environmental Pollution. 2006. 140, № 3. P. 525–535. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2005.07.020
  29. Ma H. S., Wang E. L., Xu W. F., Yamada S., Yoshimoto K., Qian Z. R., ... Li X. H. Overexpression of DNA (Cytosine-5)-methyltransferase 1 (DNMT1) and DNA (Cytosine-5)-methyltransferase 3A (DNMT3A) is associated with aggressive behavior and hypermethylation of tumor suppressor genes in human pituitary adenomas // Medical Science Monitor. 2018. 24. P. 4841–4850. doi: 10.12659/MSM.910608.
  30. Maksakova I. A., Mager D. L., Reiss D. Keeping active endogenous retroviral-like elements in check: the epigenetic perspective // Cell Mol. Life Sci. 2008. 65, № 21. P. 3329–3347.
  31. Mínguez-Alarcón L, Sergeyev O, Burns JS, Williams PL, Lee MM, Korrick SA, Smigulina L, Revich B, Hauser R. A longitudinal study of peripubertal serum organochlorine concentrations and semen parameters in young men: the Russian Children’s Study // Environ. Health Perspect. 2017. 125. P. 460–466; http://dx.doi.org/10.1289/EHP25
  32. Miousse I. R., Chalbot M. C. G., Lumen A., Ferguson A., Kavouras I. G., Koturbash I. Response of transposable elements to environmental stressors // Mutation Research / Reviews in Mutation Research. 2015. 765. P. 19–39.
  33. OECD, Test No. 489: In Vivo Mammalian Alkaline Comet Assay, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 4, Paris. OECD Publishing, (2016).
  34. Oshida K., Iwanaga E., Miyamoto-Kuramitsu K., Miyamoto Y. An in vivo comet assay of multiple organs (liver, kidney and bone marrow) in mice treated with methyl methanesulfonate and acetaminophen accompanied by hematology and/or blood chemistry // The Journal of Toxicological Sciences. 2008. 33, № 5. P. 515–524. doi: 10.2131/jts.33.515.
  35. Patrizi B., Cumis M. S. TCDD Toxicity Mediated by Epigenetic Mechanisms // Int. J. Mol. Sci. 2018. 19, № 12. 4101; https://doi.org/10.3390/ijms19124101.
  36. Prokopec S. D., Houlahan K. E., Sun R. X., Watson J. D., Yao C. Q., Lee J. ... Boutros P. C. Compendium of TCDD-mediated transcriptomic response datasets in mammalian model systems // BMC Genomics. 2017. 18, № 1. 78. doi: 10.1186/s12864-016-3446-z.
  37. Roumak V. S., Levenkova E. S., Umnova N. V., Popov V. S., Turbabina K. A., Shelepchikov A. A. The content of dioxins and furans in soils, bottom sediments of water bodies, and tissues of small mammals near the landfill site with municipal solid wastes (Moscow, Russia) // Environmental Science and Pollution Research. 2018. 25, № 29. P. 29379–29386.
  38. Roumak V. S., Umnova N. V., Poznyakov S. P., An N. Q., Sofronov G. A. Disadaptive effects in humans after exposure to chemicals containing dioxin // Organohalogen Compounds. 1994. 21. P. 379–381.
  39. Rowe H. M., Trono, D. Dynamic control of endogenous retroviruses during development // Virology. 2011. 411, № 2. P. 273-287.
  40. Safe S. H. Modulation of gene expression and endocrine response pathways by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin and related compounds // Pharmacol. Ther. 1995. 67, № 2. P. 247–281.
  41. Sookdeo A., Hepp C. M., McClure M. A., Boissinot S. Revisiting the evolution of mouse LINE-1 in the genomic era // Mobile DNA. 2013. 4, № 1. 3. doi: 10.1186/1759-8753-4-3.
  42. Sunjog K., Kolarević S., Kračun-Kolarević M., Gačić Z., Skorić S., Đikanović. V, ... Vuković-Gačić B. Variability in DNA damage of chub (Squalius cephalus L.) blood, gill and liver cells during the annual cycle // Environmental Toxicology and Pharmacology. 2014. 37, № 3. P. 967–974.
  43. Sycheva L. P., Umnova N. V., Kovalenko M. A., Zhurkov V. S., Shelepchikov A. A., Roumak V. S. Dioxins and cytogenetic status of villagers after 40 years of Agent Orange application in Vietnam // Chemosphere. 2016. 144. P. 1415–1420.
  44. Veniaminova N.A., Vassetzky N.S., Kramerov D.A. B1 SINEs in different rodent families // Genomics. 2007. 89, № 6. P. 678–686.
  45. Viluksela M., Pohjanvirta R. Multigenerational and Transgenerational Effects of Dioxins // Int. J. Mol. Sci. 2019. 20, № 12. pii: E2947. doi: 10.3390/ijms20122947.
  46. Weber R., Herold C., Hollert H., Kamphues J., Blepp M., Ballschmiter K. Reviewing the relevance of dioxin and PCB sources for food from animal origin and the need for their inventory, control and management // Environ. Sci. Eur. 2018. 30. 42.
  47. Zhang W., Zhou S., Gao Y., Song H., Jiao X., Wang X., Li Y. Alterations in DNA methyltransferases and methyl-CpG binding domain proteins during cleft palate formation as induced by 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin in mice // Molecular Medicine Reports. 2018. 17, № 4. P. 5396–5401.
  48. Zemach A., McDaniel I. E., Silva P., Zilberman D. Genome-wide evolutionary analysis of eukaryotic DNA methylation // Science. 2010. 328, № 5980. P. 916–919.

Supplementary files

There are no supplementary files to display.


Copyright (c) Lavrenov A.R., Ordzhonikidze K.G., Roumak V.S., Kim A.I., Umnova N.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies