ДНК-аддукт

В молекулярной генетике аддукт ДНК представляет собой сегмент ДНК , связанный с химическим веществом, вызывающим рак . Этот процесс может привести к развитию раковых клеток или канцерогенезу . Аддукты ДНК в научных экспериментах используются в качестве биомаркеров воздействия. Они особенно полезны для количественной оценки воздействия на организм канцерогена. [1] Присутствие такого аддукта указывает на предшествующее воздействие потенциального канцерогена, но не обязательно указывает на наличие рака у животного.
Аддукты ДНК исследуются в лабораторных условиях. Типичная экспериментальная схема изучения аддуктов ДНК состоит в их индуцировании известными канцерогенами . Научный журнал часто включает название канцерогена в дизайн эксперимента. Например, термин «аддукт ДМБА-ДНК» в научном журнале относится к участку ДНК, к которому прикреплен ДМБА ( 7,12-диметилбенз(а)антрацен ). [2]
Влияние канцерогенов
[ редактировать ]Некоторые заболевания, включая рак, развиваются из-за мутированной ДНК. Эти мутации вызываются канцерогенами через внешние и внутренние факторы. Канцерогены — это химические или физические агенты, вызывающие повреждение ДНК, которое впоследствии может перерасти в рак. Они могут инициировать мутагенез в ДНК, вмешиваясь в процесс репликации . [3] Эти взаимодействия обычно приводят к образованию в клетке химических аддуктов. Это позволяет аддуктам ДНК служить биомаркерами воздействия канцерогенов из окружающей среды. Они являются привлекательными биомаркерами, поскольку они стабильны, многочисленны и легко охарактеризованы. Их воздействие может прямо или косвенно вызвать повреждение ДНК. В прямом случае канцероген может связываться с ДНК и вызывать ее искажение или образование поперечных связей. Хотя восстановление ДНК происходит в нормальных условиях, иногда ДНК не восстанавливается сама. Это могло быть началом мутации или мутагенеза . Повторные мутации могут привести к канцерогенезу – началу рака. [4]
Наличие эндогенных канцерогенов способствует повышению уровня аддуктов ДНК у пациента. Это может привести к искажению количественной оценки канцерогенов, возникающих в результате воздействия окружающей среды. Продолжающиеся исследования аддуктов ДНК направлены на преодоление этих осложнений. Есть надежда, что в будущей медицинской практике аддукты ДНК смогут помочь в выборе более целенаправленного и эффективного терапевтического лечения. [5]
Механизм повреждения ДНК
[ редактировать ]Образование аддукта определяется структурой реакционноспособных химических веществ, движением электрофилов и способностью соединений связываться с ДНК, что потенциально приводит к образованию аддукта в определенных нуклеофильных сайтах. Полагают, что местоположения N3 и N7 (расположение нуклеотидов) гуанина и аденина являются наиболее нуклеофильными и, следовательно, они образуют аддукты селективно по экзоциклическим атомам кислорода. На образование аддуктов ДНК также влияют некоторые стерические факторы . Положение N7 гуанина открыто в большой бороздке двойной спирали ДНК , что делает его более подходящим для аддукции, чем положение N3 аденина, которое ориентировано в малой бороздке. [6]

Многие соединения требуют метаболической активации ферментов, чтобы стать мутагенными и вызвать повреждение ДНК. Кроме того, в результате окислительного стресса в организме могут вырабатываться реактивные промежуточные продукты , наносящие вред ДНК. Некоторые химические канцерогены, метаболиты, а также эндогенные соединения, образующиеся в результате воспалительных процессов, вызывают окислительный стресс. Это может привести к образованию активных форм кислорода (АФК) или активных форм азота (АФК). Известно, что АФК и РНС вызывают повреждение ДНК посредством окислительных процессов. На рисунке 2 показаны все реактивные сайты нуклеиновых кислот, участвующих в аддукции и повреждении, причем каждая форма переноса отмечена цветом стрелки. Эти положения представляют интерес для исследователей, изучающих образование аддуктов ДНК. Исследования показали, что многие различные химические вещества могут изменить ДНК человека, а образ жизни и характеристики хозяина могут повлиять на степень повреждения ДНК. Люди постоянно подвергаются воздействию разнообразных комбинаций потенциально опасных веществ, которые могут вызвать повреждение ДНК. [6]
Химические вещества, образующие аддукты ДНК
[ редактировать ]
- ацетальдегид , существенный компонент табачного дыма
- цисплатин , который связывается с ДНК и вызывает сшивание (приводящее к гибели клеток)
- ДМБА ( 7,12-диметилбенз(а)антрацен )
- малоновый диальдегид — природный продукт перекисного окисления липидов.
- полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) [7]
- нитро-ПАУ [8]
- Нитрозамины [9]
- Афлатоксины [10]
- Горчица [11]
- ароматические амины [12]
- гетероциклические ароматические амины (ГАА) [13]
- метилирующие агенты [14]
- другие алкилирующие агенты [15]
- Галоалканы [16]
Методы обнаружения
[ редактировать ]Анализ 32P-постмечения:
- Анализы с постмечением 32P проверяют аддукты ДНК путем переноса 32P-АТФ в канцерогенно-маркированную нуклеотидную последовательность с селективностью в пользу модифицированных нуклеотидов. [17]
Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС):
- Жидкостная хроматография-масс-спектрометрия в большей степени заменила анализ 32P-постмечения как метод выбора для обнаружения структурно охарактеризованных аддуктов ДНК. [17] [18]
Флуоресцентная маркировка:
- Некоторые аддукты ДНК также можно обнаружить с помощью флуоресценции, поскольку они содержат флуоресцентные хромофоры. [19]
Иммуноферментный анализ (ИФА):
- ИФА содержит антиген в растворе, который может связываться с аддуктами ДНК. Любой оставшийся свободный антиген будет флуоресцировать. Это позволяет с помощью ELISA количественно определять аддукты ДНК, а также отображать обратную зависимость между повреждением ДНК и интенсивностью флуоресценции образцов. [20]
Аддукт ДНК как биомаркеры воздействия
[ редактировать ]Говяжья диета
[ редактировать ]Потребление человеком более 2,5–3,5 унций (70–100 г) красного мяса (говядины, баранины или свинины) в день увеличивает риск рака толстой кишки , но употребление курицы такого риска не несет. [21] [22] Повышенный риск рака толстой кишки из-за красного мяса может быть связан с более высоким увеличением количества аддуктов ДНК в результате переваривания красного мяса. Когда крыс кормили говядиной или курицей, три типа аддуктов ДНК в тканях толстой кишки были значительно выше после употребления говядины, чем после употребления курицы. [23] Эти аддукты представляли собой разновидность метилцитозина (возможно, N3-метилцитозина), аддукта двух молекул малонового диальдегида с гуанином и карбоксиладенином. [24]
Употребление табака
[ редактировать ]Воздействие табачного дыма на человека связано с повышенным риском рака легких. Табачный дым может представлять большой риск для ДНК, поскольку такие химические вещества, как формальдегид и ацетальдегид, вступают в реакцию непосредственно с ДНК с образованием аддуктов. Кроме того, у людей следует учитывать и другие канцерогены, специфичные для табака, которые активируются метаболически, такие как производные никотина нитрозаминокетон (NNK) и N'-нитрозонорникотин (NNN). Эти канцерогены в конечном итоге образуют аддукты при реакции с ДНК, которые называются пиридилоксобутиловыми (POB) аддуктами. [25]

Дальнейший анализ был проведен по этой теме и установил, что 1,3-бутадиен (BD) является канцерогеном для человека, который содержится в сигаретном дыме среди других производств синтетических полимеров . Были проведены тесты, чтобы понять различия в уровне аддуктов BD-ДНК в моче среди различных этнических групп – белых, американцев японского происхождения и коренных гавайцев. Было установлено, что у американских курильщиков японского происхождения наблюдались повышенные уровни гуаниновых аддуктов , индуцированных BD, по сравнению с белыми и коренными гавайцами, в то время как среди некурящих не было различий в результатах в зависимости от этнической принадлежности. Понимание эпигенетических и генетических факторов, обуславливающих эти различия в присутствии аддукта BD-ДНК в моче, является следующим шагом в этом исследовании, служащим связующим звеном между социологией и науками о жизни. [26]
Взвешенные в воздухе твердые частицы
[ редактировать ]Твердые частицы (ТЧ), широко известные как загрязнение воздуха, считаются канцерогеном группы 1 Международным агентством по исследованию рака ; хотя неясно, существует ли прямая связь между раком и воздействием ТЧ, вполне вероятно, что воздействие ТЧ приводит к некоторой степени повреждения клеток. В ходе дальнейшего исследования было установлено, что воздействие ТЧ вызывает окислительный стресс – образование активных форм кислорода, образование аддуктов ДНК и индуцирование двухцепочечных разрывов (DSB). Что касается образования аддукта ДНК, этот анализ был проведен после изучения лейкоцитов жителей густонаселенных городов (например, загрязнение, длительное движение транспорта); общий компонент ПМ, полициклический ароматический углеводород (ПАУ), был одной из многих молекул, которые, как считается, тесно коррелируют с наличием объемных повреждений ДНК у этих людей. Эти данные подтверждают теорию о том, что присутствие аддукта ДНК указывает на уровень канцерогенной активности. [27]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пуарье MC (июнь 1997 г.). «Аддукты ДНК как биомаркеры воздействия и индикаторы риска рака» . Перспективы гигиены окружающей среды . 105 (Приложение 4): 907–912. дои : 10.1289/ehp.97105s4907 . ПМК 1470061 . ПМИД 9255579 .
- ^ Мальцман Т.Х., Кристу М., Гулд М.Н., Джеффкоат Ч.Р. (ноябрь 1991 г.). «Влияние монотерпеноидов на образование аддукта ДМБА-ДНК in vivo и на ферменты I фазы метаболизма в печени». Канцерогенез . 12 (11): 2081–2087. дои : 10.1093/carcin/12.11.2081 . ПМИД 1934293 .
- ^ Барнс Дж.Л., Зубайр М., Джон К., Пуарье М.К., Мартин Ф.Л. (октябрь 2018 г.). «Канцерогены и повреждение ДНК» . Труды Биохимического общества . 46 (5): 1213–1224. дои : 10.1042/BST20180519 . ПМК 6195640 . ПМИД 30287511 .
- ^ Уэстон А., Пуарье MC (2005). «Формирование аддукта канцероген-ДНК и восстановление ДНК». В Векслер П. (ред.). Энциклопедия токсикологии . Эльзевир. стр. 440–445. дои : 10.1016/B0-12-369400-0/00191-5 . ISBN 978-0-12-369400-3 .
- ^ Йимит А, Адебали О, Санджар А, Цзян Ю (январь 2019 г.). «Дифференциальное повреждение и восстановление ДНК-аддуктов, индуцированных противораковым препаратом цисплатином в органах мыши» . Природные коммуникации . 10 (1): 309. Бибкод : 2019NatCo..10..309Y . дои : 10.1038/s41467-019-08290-2 . ПМК 6338751 . ПМИД 30659176 .
- ^ Jump up to: а б Хва Юн Б., Го Дж., Белламри М., Турески Р.Дж. (март 2020 г.). «Аддукты ДНК: образование, биологические эффекты и новые биообразцы для масс-спектрометрических измерений у людей» . Обзоры масс-спектрометрии . 39 (1–2): 55–82. Бибкод : 2020MSRv...39...55H . дои : 10.1002/mas.21570 . ПМК 6289887 . ПМИД 29889312 .
- ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2010 г.). «Некоторые негетероциклические полициклические ароматические углеводороды и некоторые связанные с ними воздействия» . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 92 : 1–853. ПМЦ 4781319 . ПМИД 21141735 .
- ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2014 г.). «Выхлопы дизельных и бензиновых двигателей и некоторые нитроарены» . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 105 : 9–699. ПМЦ 4781216 . ПМИД 26442290 .
- ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2007 г.). «Бездымный табак и некоторые специфические для табака N-нитрозамины» . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 89 : 1–592. ПМЦ 4781254 . ПМИД 18335640 .
- ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2002 г.). «Некоторые традиционные лекарственные травы, некоторые микотоксины, нафталин и стирол» . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 82 : 1–556. ПМЦ 4781602 . ПМИД 12687954 .
- ^ «Монографии МАИР по оценке канцерогенного риска химических веществ для человека: некоторых азиридинов, N-, S- и O-горчицы и селена» . Монографии МАИР по оценке канцерогенного риска химических веществ для человека . 9 : 1–268. 1975. ПМИД 1234596 .
- ^ Рабочая группа монографий МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2010 г.). «Некоторые ароматические амины, органические красители и связанные с ними воздействия» . Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 99 : 1–658. ПМК 5046080 . ПМИД 21528837 .
- ^ https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19952006807.
- ^ Вятт, доктор медицинских наук, Питтман, Д.Л. (декабрь 2006 г.). «Метилирующие агенты и реакции на восстановление ДНК: метилированные основания и источники разрывов цепей» . Химические исследования в токсикологии . 19 (12): 1580–1594. дои : 10.1021/tx060164e . ПМЦ 2542901 . ПМИД 17173371 .
- ^ Певица Б (октябрь 1985 г.). «Образование и сохранение in vivo модифицированных нуклеозидов, образующихся под действием алкилирующих агентов» . Перспективы гигиены окружающей среды . 62 : 41–48. дои : 10.1289/ehp.856241 . ПМЦ 1568687 . ПМИД 4085444 .
- ^ Гюнгерих Ф.П., Маккормик В.А., Уиллер Дж.Б. (ноябрь 2003 г.). «Анализ кинетического механизма конъюгации галоалканов глутатионтрансферазами тета-класса млекопитающих». Химические исследования в токсикологии . 16 (11): 1493–1499. дои : 10.1021/tx034157r . ПМИД 14615977 .
- ^ Jump up to: а б Бальбо С., Турески Р.Дж., Виллалта П.В. (март 2014 г.). «ДНК-аддуктомика» . Химические исследования в токсикологии . 27 (3): 356–366. дои : 10.1021/tx4004352 . ПМЦ 3997222 . ПМИД 24437709 .
- ^ Сингх Р., Фармер П.Б. (февраль 2006 г.). «Жидкостная хроматография, ионизация электрораспылением, масс-спектрометрия: будущее обнаружения аддуктов ДНК». Канцерогенез . 27 (2): 178–196. дои : 10.1093/carcin/bgi260 . ПМИД 16272169 .
- ^ Боффетта П., Эно П. (2019). Энциклопедия рака (Третье изд.). Амстердам: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-812485-7 . OCLC 1061558350 .
- ^ Браун К. (2012). «Методы обнаружения аддуктов ДНК». В Парри Дж. М., Парри Э. (ред.). Генетическая токсикология . Методы молекулярной биологии. Том. 817. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер. стр. 207–230. дои : 10.1007/978-1-61779-421-6_11 . ISBN 978-1-61779-421-6 . ПМИД 22147575 .
- ^ Айкан Н.Ф. (февраль 2015 г.). «Красное мясо и колоректальный рак» . Обзоры онкологии . 9 (1): 288. doi : 10.4081/oncol.2015.288 . ПМЦ 4698595 . ПМИД 26779313 .
- ^ Волк А (февраль 2017 г.). «Потенциальная опасность для здоровья от употребления красного мяса» . Журнал внутренней медицины . 281 (2): 106–122. дои : 10.1111/joim.12543 . ПМИД 27597529 . S2CID 24130100 .
- ^ Хемерик Л.Ю., Ван Хек Т., Воссен Э., Де Смет С., Ванхек Л. (сентябрь 2017 г.). «ДНК-аддуктомика для изучения генотоксических эффектов потребления красного мяса с добавлением животного жира и без него у крыс». Пищевая химия . 230 : 378–387. doi : 10.1016/j.foodchem.2017.02.129 . ПМИД 28407925 .
- ^ Кастан М.Б. (апрель 2008 г.). «Реакция на повреждение ДНК: механизмы и роль в заболеваниях человека: лекция на премию Мемориала ГСГ Клоуза 2007 г.» . Молекулярные исследования рака . 6 (4): 517–524. дои : 10.1158/1541-7786.MCR-08-0020 . ПМИД 18403632 .
- ^ Ма Б, Степанов И, Хехт СС (март 2019 г.). «Недавние исследования аддуктов ДНК, возникающих в результате воздействия на человека табачного дыма» . Токсики . 7 (1): 16. doi : 10.3390/toxis7010016 . ПМЦ 6468371 . ПМИД 30893918 .
- ^ Йокипи Крюгер CC, Парк С.Л., Мадугунду Г, Патель Ю, Ле Маршан Л, Страм Д.О., Третьякова Н. (май 2021 г.). «Этнические различия в выделении аддуктов бутадиена-ДНК нынешними курильщиками» . Канцерогенез . 42 (5): 694–704. дои : 10.1093/carcin/bgab020 . ПМК 8163050 . ПМИД 33693566 .
- ^ Кесада-Мальдонадо ЕМ, Санчес-Перес Й, Чирино Й.И., Гарсиа-Куэльяр СМ (октябрь 2021 г.). «Переносящиеся по воздуху твердые частицы вызывают окислительное повреждение, образование аддуктов ДНК и изменения в путях восстановления ДНК». Загрязнение окружающей среды . 287 : 117313. Бибкод : 2021EPoll.28717313Q . дои : 10.1016/j.envpol.2021.117313 . ПМИД 34022687 .