Кластоген — это мутагенный агент , который нарушает нормальные процессы, связанные с ДНК , или напрямую вызывает разрывы нитей ДНК , тем самым вызывая делецию , вставку или перестройку целых участков хромосом . [1] Эти процессы являются формой мутагенеза , которая, если ее не исправить или исправить неправильно, может привести к раку . [1] Известные кластогены включают акридиновый желтый , бензол , этиленоксид , мышьяк , фосфин , мимозин , актиномицин D , камптотецин , метотрексат , метилакрилат , резорцин и 5-фтордезоксиуридин . [2] Кроме того, 1,2-диметилгидразин является известным канцерогеном толстой кишки и демонстрирует признаки кластогенной активности. [3] Существует много кластогенов, не перечисленных здесь, и продолжаются исследования по обнаружению новых кластогенов. Некоторые известные кластогены проявляют кластогенную активность только в определенных типах клеток , например, кофеин, который проявляет кластогенную активность в растительных клетках. [4] Исследователи интересуются кластогенами для изучения рака , а также для решения других проблем со здоровьем человека, таких как наследуемость отцовских зародышевых клеток, подвергшихся воздействию кластогена , что приводит к дефектам развития плода . [5]
Не существует единого всеобъемлющего метода, с помощью которого кластогены повреждают хромосомную ДНК , вместо этого разные кластогены имеют уникальные способы взаимодействия с ДНК или ДНК-ассоциированными белками и нарушают нормальную функцию. В целом эти различные типы кластогенной активности можно разделить на три класса: теория «классических» разрывов; теория «неправильного восстановления разрывов» и теория «разрывов, созданных репарацией». [4] Не всегда может быть известно, как кластоген вызывает хромосомное повреждение.
Радиация была самым ранним известным кластогеном, который вызывал прямое повреждение ДНК, следуя классической теории разрывов. [6] ДНК часто повреждается, и существует множество путей восстановления ДНК , которые борются с этим, но восстановление не всегда работает идеально, что приводит к ошибкам (называемым неправильной репарацией). [7] Широко изученный класс кластогенов представляет собой алкилирующие агенты, которые вообще не разрушают ДНК, а вместо этого образуют аддукты ДНК , и они часто ускользали от общепринятых теорий разрывов ДНК, приводящих к неправильной репарации. [4] Окончательная теория охватывает кластогены, которые не взаимодействуют с ДНК, а вместо этого нарушают белки синтеза ДНК или белки репарации ДНК , вызывая повреждение из-за потери нормальной функции белка. [4]
Повреждение кластогеном определенных участков хромосомы может привести к нестабильности, такой как потеря или повреждение теломер . [8] Исследования показали, что клетки крыс, которые подверглись воздействию химических кластогенов, выражают теломерные нарушения в функционировании и могут сохраняться в течение нескольких поколений клеток после попытки лечения. [8]
Существует множество различных методов тестирования кластогенной активности. Ниже перечислены два наиболее распространенных метода, но это не всеобъемлющее руководство.
Были проведены исследования, в которых для скрининга кластогенов использовался метод делеции (DEL).
Микроядерный тест — это еще один тип анализа , который использует клетки кишечника для наблюдения за кластогенами, и существует несколько различных типов. Микроядерный тест на клетках кишечника полезен, потому что в случае микроядерного теста костного мозга не наблюдается большой активности после перорального воздействия, поэтому большая активность наблюдается в клетках кишечника. Микроядерный анализ in vitro (IVMN) может скрининговать активность кластогена, этот метод полезен, потому что он может улавливать активность кластогена и использоваться для прогнозирования активности хромосомных аберраций . Анализ IVMN может улавливать фрагменты, которые были связаны с мембраной ДНК, которая была отделена от ядер в процессе деления клетки.
Эти анализы требуют много времени, поэтому новые методы мониторинга кластогенов и анеуплоидогенов крайне желательны. Одним из примеров является использование монохромосомной гибридной клетки для обнаружения неправильно сегрегирующих хромосом.
Существует вероятность того, что кластогены влияют на теломеры. Может быть неопределенность с теломерами, которые возникают в краткосрочной перспективе во время первого раунда деления клетки, в котором могут быть хромосомные повреждения кластогенами. Кластогены (которые ломают хромосомы) способствуют нестабильности теломер, поскольку это приводит к потере концов хромосом или истинной потере теломер. Кластогены могут вызывать проблемы с теломерами и заставлять их не функционировать так, как предполагалось, наиболее часто наблюдаемые аномалии наблюдаются в человеческих лимфоцитах, линиях раковых клеток и нечеловеческих установленных клеточных линиях, где есть потеря теломер и копии аномалий в подвергшихся воздействию клетках, таким образом, проблемы, которые возникают в теломерах, могут быть продублированы и наблюдаться в подвергшихся воздействию клетках.
Кроме того, исследования показали, что клетки крыс, подвергшиеся воздействию химических кластогенов, проявляют теломерные нарушения в функционировании и могут сохраняться в течение нескольких поколений клеток после попытки лечения. [8]
Что касается устойчивости, то для конкретного кластогена, известного как «Зеоцин», аминокислотный остаток, известный как мутант XLF-L115D, имеет изъян в плане устойчивости, поэтому активность кластогена не показывает никакого снижения. [9]
Исследования клеток растений и мышей показали, что агонисты пуриновых рецепторов аденозин , АТФ , АДФ , циклогексиладенозин, фенилизопропиладенозин и диметиламинопурин рибозид могут снизить количество повреждений кластогена, наблюдаемых в хромосомах , и уменьшить количество микроядер, затронутых этилметансульфонатом и циклофосфамидом . Некоторые лиганды в большей степени, чем другие, могут остановить или снизить активность кластогена этилметансульфоната, например, аденозин , АДФ или ДАП. [10]
В исследовании, где крысы лечились Бреветоксином B (PbTx2), наблюдался заметный 2-3-кратный рост количества ДНК, наблюдаемый в кометных хвостах, что говорит нам о том, что Бреветоксин B проявляет кластогенную активность in vivo. Эта кластогенная активность наблюдалась после того, как Бреветоксин B был введен крысе интратрахеально. [11]