stringtranslate.com

ДНК-аддукт

Метаболит бензо [ a ]пирена образует интеркалированный ДНК - аддукт в центре

В молекулярной генетике ДНК -аддукт — это сегмент ДНК , связанный с канцерогенным химическим веществом . Этот процесс может привести к развитию раковых клеток или канцерогенезу . ДНК-аддукты в научных экспериментах используются в качестве биомаркеров воздействия. Они особенно полезны для количественной оценки воздействия канцерогена на организм. [1] Наличие такого аддукта указывает на предшествующее воздействие потенциального канцерогена, но не обязательно указывает на наличие рака у испытуемого животного.

ДНК-аддукты исследуются в лабораторных условиях. Типичный экспериментальный дизайн для изучения ДНК-аддуктов заключается в том, чтобы индуцировать их с помощью известных канцерогенов . Научный журнал часто включает название канцерогена в свой экспериментальный дизайн. Например, термин «DMBA-DNA-аддукт» в научном журнале относится к фрагменту ДНК, к которому присоединен DMBA ( 7,12-диметилбенз(а)антрацен ).   [2]

Воздействие канцерогенов

Несколько заболеваний, включая рак, развиваются из-за мутировавшей ДНК. Эти мутации вызываются канцерогенами через внешние и внутренние факторы. Канцерогены — это химические или физические агенты, которые вызывают повреждение ДНК, которое впоследствии может перерасти в рак. Они могут инициировать мутагенез в ДНК, вмешиваясь в процесс репликации . [3] Эти взаимодействия обычно вызывают образование химических аддуктов в клетке. Это позволяет аддуктам ДНК служить биомаркерами воздействия канцерогенов из окружающей среды. Они являются привлекательными биомаркерами, поскольку они стабильны, многочисленны и легко охарактеризованы. Воздействие их может напрямую или косвенно вызывать повреждение ДНК. В прямом случае канцероген может связываться с ДНК и вызывать ее искажение или перекрестное сшивание. Хотя восстановление ДНК происходит при нормальных обстоятельствах, иногда ДНК не восстанавливается сама. Это может быть началом мутации или мутагенеза . Повторные мутации могут привести к канцерогенезу — началу рака. [4]

Присутствие эндогенных канцерогенов влияет на уровни ДНК-аддуктов у пациента. Это может сместить количественную оценку канцерогенов, которые возникают из-за воздействия окружающей среды. Текущие исследования ДНК-аддуктов направлены на преодоление этих осложнений. Есть надежда, что в будущей медицинской практике ДНК-аддукты могут служить руководством для терапевтических методов лечения, которые будут более целенаправленными и эффективными. [5]

Механизм повреждения ДНК

Образование аддуктов определяется структурами реактивных химических веществ, движением(ями) электрофилов и способностью соединений связываться с ДНК, потенциально направляя образование аддуктов на определенные нуклеофильные сайты. Считается, что положения N3 и N7 (расположение нуклеотидов) гуанина и аденина являются наиболее нуклеофильными, и, следовательно, они образуют аддукты избирательно по экзоциклическим атомам кислорода. Образование аддуктов ДНК также зависит от определенных стерических факторов . Положение N7 гуанина выставлено в большой бороздке двухспиральной ДНК , что делает его более подходящим для аддукции, чем по сравнению с положением N3 аденина, которое ориентировано в малой бороздке. [6]

Рисунок 2: Реактивные участки, представляющие интерес для нуклеиновых кислот при образовании аддуктов ДНК

Многие соединения требуют активации ферментного метаболизма, чтобы стать мутагенными и вызвать повреждение ДНК. Кроме того, реактивные промежуточные продукты могут вырабатываться в организме в результате окислительного стресса , тем самым нанося 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 (ROS) или активных форм азота (RNS). Известно, что ROS и RNS вызывают повреждение ДНК через окислительные процессы. На рисунке 2 показаны все реактивные сайты для нуклеиновых кислот, участвующих в аддукции и повреждении, причем каждая форма переноса обозначена цветом стрелки. Эти позиции представляют интерес для исследователей, изучающих образование аддуктов ДНК. Исследования показали, что многие различные химические вещества могут изменять ДНК человека, а образ жизни и характеристики хозяина могут влиять на степень повреждения ДНК. Люди постоянно подвергаются воздействию разнообразной комбинации потенциально опасных веществ, которые могут вызвать повреждение ДНК. [6]

Химические вещества, образующие ДНК-аддукты

Рисунок 3: ДНК, поврежденная канцерогенным 2-аминофлуореном

Методы обнаружения

Анализ после мечения 32P:

Жидкостная хроматография–масс-спектрометрия (ЖХ–МС):

Флуоресцентная маркировка:

Иммуноферментный анализ (ИФА):

ДНК-аддукты как биомаркеры воздействия

Говяжья диета

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 не несет такого риска. [21] [22] Повышенный риск рака толстой кишки от красного мяса может быть связан с более высоким увеличением аддуктов ДНК от переваривания красного мяса. Когда крыс кормили либо говядиной, либо курицей, три типа аддуктов ДНК в тканях толстой кишки были значительно выше после потребления говядины, чем после потребления курицы. [23] Эти аддукты были типом метилцитозина (возможно, N3-метилцитозина), аддукта двух молекул малонового диальдегида с гуанином и карбоксиладенина. [24]

Употребление табака

Воздействие табачного дыма на человека связано с повышенным риском рака легких. Табачный дым может представлять большой риск для ДНК, при этом такие химические вещества, как формальдегид и ацетальдегид, напрямую реагируют с ДНК, образуя аддукты. Кроме того, существуют другие канцерогены, специфичные для табака, которые следует учитывать у людей, которые активируются метаболически, такие как никотиновый нитрозаминокетоны (NNK) и N'-нитрозонорникотин (NNN). Эти канцерогены в конечном итоге образуют аддукты при реакции с ДНК, которые называются аддуктами пиридил оксобутила (POB). [25]

Рисунок 4: Влияние табака на здоровую ДНК человека

Был проведен дополнительный анализ по этой теме, определивший, что 1,3-бутадиен (BD) является человеческим канцерогеном, который содержится в сигаретном дыме среди других отраслей промышленности синтетических полимеров . Были проведены тесты, чтобы понять различия в уровне аддуктов BD-ДНК в моче среди различных этнических групп — белых, японо-американцев и коренных гавайцев. Было установлено, что курильщики японо-американцев демонстрируют повышенные уровни аддуктов гуанина , вызванных BD в моче, чем белые и коренные гавайцы, в то время как не было никаких различий в результатах по этнической принадлежности среди некурящих. Понимание эпигенетических и генетических факторов, обусловливающих эти различия в наличии аддуктов BD-ДНК в моче, является следующим шагом для этого исследования, служащего связующим звеном между социологией и науками о жизни. [26]

Взвешенные в воздухе твердые частицы

Твердые частицы (ТЧ), широко известные как загрязнение воздуха, считаются канцерогеном группы 1 Международным агентством по изучению рака ; хотя неясно, существует ли прямая связь между раком и воздействием ТЧ, вполне вероятно, что воздействие ТЧ приводит к некоторому повреждению клеток. При дальнейшем исследовании было установлено, что воздействие ТЧ вызывает окислительный стресс — создавая активные формы кислорода, образуя аддукты ДНК и вызывая двухцепочечные разрывы (DSB). Что касается образования аддуктов ДНК, этот анализ был проведен после изучения лейкоцитов жителей густонаселенных городов (например, загрязнение, длительное движение); распространенный компонент ТЧ, полициклический ароматический углеводород (ПАУ), был одной из многих молекул, которые, как считается, тесно связаны с наличием объемных поражений ДНК у этих людей. Эти результаты подтверждают теорию о том, что присутствие аддуктов ДНК указывает на уровень канцерогенной активности. [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Poirier MC (июнь 1997 г.). «ДНК-аддукты как биомаркеры воздействия и индикаторы риска рака». Environmental Health Perspectives . 105 (Suppl 4): 907–912. doi : 10.1289 /ehp.97105s4907. PMC  1470061. PMID  9255579.
  2. ^ Maltzman TH, Christou M, Gould MN, Jefcoate CR (ноябрь 1991 г.). «Влияние монотерпеноидов на образование аддукта DMBA-ДНК in vivo и на ферменты метаболизма печени фазы I». Carcinogenesis . 12 (11): 2081–2087. doi :10.1093/carcin/12.11.2081. PMID  1934293.
  3. ^ Barnes JL, Zubair M, John K, Poirier MC, Martin FL (октябрь 2018 г.). «Канцерогены и повреждение ДНК». Biochemical Society Transactions . 46 (5): 1213–1224. doi :10.1042/BST20180519. PMC 6195640. PMID 30287511  . 
  4. ^ Weston A, Poirier MC (2005). «Формирование аддукта канцерогена–ДНК и восстановление ДНК». В Wexler P (ред.). Энциклопедия токсикологии . Elsevier. стр. 440–445. doi :10.1016/B0-12-369400-0/00191-5. ISBN 978-0-12-369400-3.
  5. ^ Yimit A, Adebali O, Sancar A, Jiang Y (январь 2019 г.). «Дифференциальное повреждение и восстановление ДНК-аддуктов, вызванных противораковым препаратом цисплатином в органах мышей». Nature Communications . 10 (1): 309. Bibcode :2019NatCo..10..309Y. doi :10.1038/s41467-019-08290-2. PMC 6338751 . PMID  30659176. 
  6. ^ ab Hwa Yun B, Guo J, Bellamri M, Turesky RJ (март 2020 г.). «ДНК-аддукты: формирование, биологические эффекты и новые биообразцы для масс-спектрометрических измерений у людей». Mass Spectrometry Reviews . 39 (1–2): 55–82. Bibcode :2020MSRv...39...55H. doi :10.1002/mas.21570. PMC 6289887 . PMID  29889312. 
  7. ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2010). «Некоторые негетероциклические полициклические ароматические углеводороды и некоторые связанные с ними воздействия». Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 92 : 1–853. PMC 4781319. PMID  21141735 . 
  8. ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2014). «Выхлопные газы дизельных и бензиновых двигателей и некоторые нитроарены». Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 105 : 9–699. PMC 4781216. PMID  26442290 . 
  9. ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2007). «Бездымный табак и некоторые специфичные для табака N-нитрозамины». Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 89 : 1–592. PMC 4781254. PMID  18335640 . 
  10. ^ Рабочая группа МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2002). «Некоторые традиционные растительные лекарственные средства, некоторые микотоксины, нафталин и стирол». Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 82 : 1–556. PMC 4781602. PMID  12687954 . 
  11. ^ "Монографии МАИР по оценке канцерогенного риска химических веществ для человека: некоторые азиридины, N-, S- и O-иприты и селен". Монографии МАИР по оценке канцерогенного риска химических веществ для человека . 9 : 1–268. 1975. PMID  1234596.
  12. ^ Рабочая группа по монографиям МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2010). «Некоторые ароматические амины, органические красители и связанные с ними воздействия». Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека . 99 : 1–658. PMC 5046080. PMID  21528837 . 
  13. ^ https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19952006807 [ пустой URL ]
  14. ^ Wyatt MD, Pittman DL (декабрь 2006 г.). «Метилирующие агенты и реакции восстановления ДНК: метилированные основания и источники разрывов нитей». Chemical Research in Toxicology . 19 (12): 1580–1594. doi :10.1021/tx060164e. PMC 2542901. PMID  17173371 . 
  15. ^ Singer B (октябрь 1985 г.). «In vivo образование и сохранение модифицированных нуклеозидов, образующихся под действием алкилирующих агентов». Environmental Health Perspectives . 62 : 41–48. doi :10.1289/ehp.856241. PMC 1568687. PMID 4085444  . 
  16. ^ Guengerich FP, McCormick WA, Wheeler JB (ноябрь 2003 г.). «Анализ кинетического механизма конъюгации галоалканов глутатионтрансферазами млекопитающих тета-класса». Chemical Research in Toxicology . 16 (11): 1493–1499. doi :10.1021/tx034157r. PMID  14615977.
  17. ^ ab Balbo S, Turesky RJ, Villalta PW (март 2014 г.). «ДНК-аддуктомика». Химические исследования в токсикологии . 27 (3): 356–366. doi :10.1021/tx4004352. PMC 3997222. PMID  24437709 . 
  18. ^ Сингх Р., Фармер П. Б. (февраль 2006 г.). «Жидкостная хроматография-ионизация электрораспылением-масс-спектрометрия: будущее обнаружения аддуктов ДНК». Канцерогенез . 27 (2): 178–196. doi :10.1093/carcin/bgi260. PMID  16272169.
  19. ^ Боффетта П., Эно П. (2019). Энциклопедия рака (третье изд.). Амстердам: Academic Press. ISBN 978-0-12-812485-7. OCLC  1061558350.
  20. ^ Браун К (2012). «Методы обнаружения ДНК-аддуктов». В Parry JM, Parry E (ред.). Генетическая токсикология . Методы в молекулярной биологии. Т. 817. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Springer. С. 207–230. doi :10.1007/978-1-61779-421-6_11. ISBN 978-1-61779-421-6. PMID  22147575.
  21. ^ Aykan NF (февраль 2015 г.). «Красное мясо и колоректальный рак». Oncology Reviews . 9 (1): 288. doi : 10.4081 /oncol.2015.288. PMC 4698595. PMID  26779313. 
  22. ^ Wolk A (февраль 2017 г.). «Потенциальные опасности для здоровья при употреблении красного мяса». Журнал внутренней медицины . 281 (2): 106–122. doi : 10.1111/joim.12543 . PMID  27597529. S2CID  24130100.
  23. ^ Hemeryck LY, Van Hecke T, Vossen E, De Smet S, Vanhaecke L (сентябрь 2017 г.). «ДНК-аддуктомика для изучения генотоксических эффектов потребления красного мяса с добавлением и без добавления животного жира у крыс». Пищевая химия . 230 : 378–387. doi :10.1016/j.foodchem.2017.02.129. PMID  28407925.
  24. ^ Kastan MB (апрель 2008 г.). «Реакции на повреждение ДНК: механизмы и роли в болезнях человека: лекция на церемонии вручения премии GHA Clowes Memorial Award 2007». Molecular Cancer Research . 6 (4): 517–524. doi : 10.1158/1541-7786.MCR-08-0020 . PMID  18403632.
  25. ^ Ma B, Stepanov I, Hecht SS (март 2019 г.). «Недавние исследования ДНК-аддуктов, образующихся в результате воздействия табачного дыма на человека». Toxics . 7 (1): 16. doi : 10.3390/toxics7010016 . PMC 6468371 . PMID  30893918. 
  26. ^ Jokipii Krueger CC, Park SL, Madugundu G, Patel Y, Le Marchand L, Stram DO, Tretyakova N (май 2021 г.). «Этнические различия в выделении аддуктов бутадиена-ДНК у нынешних курильщиков». Канцерогенез . 42 (5): 694–704. doi :10.1093/carcin/bgab020. PMC 8163050. PMID  33693566 . 
  27. ^ Quezada-Maldonado EM, Sánchez-Pérez Y, Chirino YI, García-Cuellar CM (октябрь 2021 г.). «Воздушные частицы вызывают окислительное повреждение, образование аддуктов ДНК и изменения в путях репарации ДНК». Загрязнение окружающей среды . 287 : 117313. Bibcode : 2021EPoll.28717313Q. doi : 10.1016/j.envpol.2021.117313. PMID  34022687.