Индукция апоптоза на молекулярно-генетическом уровне под воздействием наночастиц оксида свинца в хроническом эксперименте на животных

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Риску интоксикации свинцом подвержены работники промышленных предприятий и население, проживающее на прилегающих территориях. Воздействие на организм свинца может приводить к необратимым негативным последствиям, среди которых нарушение функций печени и почек, кроветворной системы, когнитивных функций и воздействие на генетический аппарат клетки. В связи с этим необходимо изучать особенности токсического действия наночастиц оксида свинца (НЧ PbO) для определения последствий их воздействия на здоровье для минимизации возможных нарушений и патологий.

Цель исследования — определение уровня экспрессии генов BAX, BCL-2, P53, GSTM1, GSTP1, SOD2 в различных органах у лабораторных крыс, подвергшихся воздействию НЧ PbO.

Материалы и методы. Для проведения четырёхмесячной хронической ингаляционной экспозиции использовали 20 белых половозрелых самок крыс породы Wistar, по 10 особей в каждой группе (опытная и контрольная). Средняя концентрация НЧ PbO во вдыхаемом воздухе для животных из опытной группы составляла 0,215 мг/м3. После завершения экспозиционного периода фрагменты органов декапированных животных фиксировали в жидком азоте с последующим хранением в морозильной камере при температуре минус 80 °C. Тотальную РНК из тканей выделяли с использованием реагента ExtractRNA. Определение уровня экспрессии проводилось методом количественной ПЦР в реальном времени после проведения реакции обратной транскрипции.

Результаты. Уровень экспрессии BAX в печени крыс после воздействия НЧ PbO на протяжении четырёх месяцев был в 2,2 раза достоверно выше по сравнению с контрольной группой (p = 0,009). Также была обнаружена тенденция к увеличению соотношения BAX/BCL-2 в печени, что свидетельствует о наличии апоптотических процессов. Уровень экспрессии P53 был в 1,4 раза выше в обонятельной луковице крыс после воздействия НЧ PbO (p = 0,025) в сравнении с контрольной группой. Не было обнаружено изменений уровней экспрессии антиоксидантных генов GSTM1, GSTP1, SOD2.

Ограничения исследования. Данная работа выполнена на самках крыс породы Wistar и не учитывает возможных межполовых различий.

Заключение. Хроническое ингаляционное воздействие НЧ PbO вызывает у крыс апоптоз в печени по пути BAX/BCL-2, а также в головном мозге путём регуляции P53.

Соблюдение этических стандартов. Заключение локального этического комитета ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора: содержание, питание, уход за животными и выведение их из эксперимента осуществляли в соответствии с общепринятыми требованиями с учётом ARRIVE guidelines. Исследования были одобрены локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 4 от 12.07.2022 г.).

Участие авторов:
Берёза И.А. — сбор материала и обработка данных, статистическая обработка, написание текста, редактирование;
Шаихова Д.Р. — сбор материала и обработка данных, написание текста, редактирование;
Амромина А.М. — сбор материала и обработка данных, написание текста, редактирование;
Рябова Ю.В. — сбор материала, редактирование;
Минигалиева И.А. — концепция и дизайн исследования, редактирование;
Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 10.01.2024 / Принята к печати: 09.02.2024 / Опубликована: 15.03.202

Об авторах

Иван Андреевич Берёза

ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: berezaia@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0002-4109-9268

Науч. сотр. отд. молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: berezaia@ymrc.ru

Россия

Дарья Рамильевна Шаихова

Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers

Email: darya.boo@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7029-3406

Науч. сотр. отд. молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: darya.boo@mail.ru

Россия

Анна Михайловна Амромина

ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: amrominaam@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0001-8794-7288

Мл. науч. сотр. отд. молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: amrominaam@ymrc.ru

Россия

Юлия Владимировна Рябова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: ryabova@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0003-2677-0479

Канд. мед. наук, зав. лаб. научных основ биологической профилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: ryabova@ymrc.ru

Россия

Ильзира Амировна Минигалиева

ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: ilzira-minigalieva@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0097-7845

Доктор биол. наук, зав. отд. токсикологии и биопрофилактики ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: ilzira-minigalieva@yandex.ru

Россия

Марина Петровна Сутункова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека; ФГБОУ ВО «Уральский государственный медицинский университет» Минздрава России

Email: sutunkova@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0002-1743-7642

Доктор мед. наук, директор ФБУН «Екатеринбургский медицинский–научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Роспотребнадзора, 620014, Екатеринбург, Россия

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

Россия

Список литературы

  1. Baloch S., Kazi T.G., Baig J.A., Afridi H.I., Arain M.B. Occupational exposure of lead and cadmium on adolescent and adult workers of battery recycling and welding workshops: Adverse impact on health. Sci. Total Environ. 2020; 720: 137549. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137549
  2. Xiaobo L., Jin C., Yang J., Liu Q., Wu S., Li D., et al. Prenatal and lactational lead exposure enhanced oxidative stress and altered apoptosis status in offspring rats’ hippocampus. Biol. Trace Elem. Res. 2013; 151(1): 75–84. https://doi.org/10.1007/s12011-012-9531-5
  3. Singh N., Kumar A., Gupta V.K., Sharma B. Biochemical and molecular bases of lead-induced toxicity in mammalian systems and possible mitigations. Chem. Res. Toxicol. 2018; 31(10): 1009–21. https://doi.org/10.1021/acs.chemrestox.8b00193
  4. Peng J., Zhou F., Wang Y., Xu Y., Zhang H., Zou F., et al. Differential response to lead toxicity in rat primary microglia and astrocytes. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2019; 363: 64–71. https://doi.org/10.1016/j.taap.2018.11.010
  5. Sutunkova M.P., Solovyeva S.N., Chernyshov I.N., Klinova S.V., Gurvich V.B., Shur V.Y., et al. Manifestation of systemic toxicity in rats after a short-time inhalation of lead oxide nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(3): 690. https://doi.org/10.3390/ijms21030690
  6. Charkiewicz A.E., Backstrand J.R. Lead toxicity and pollution in Poland. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2020; 17(12): 4385. https://doi.org/10.3390/ijerph17124385
  7. Leber B., Geng F., Kale J., Andrews D.W. Drugs targeting Bcl-2 family members as an emerging strategy in cancer. Expert Rev. Mol. Med. 2010; 12: e28. https://doi.org/10.1017/S1462399410001572
  8. Navazani P., Vaseghi S., Hashemi M., Shafaati M.R., Nasehi M. Effects of treadmill exercise on the expression level of BAX, BAD, BCL-2, BCL-XL, TFAM, and PGC-1α in the hippocampus of thimerosal-treated rats. Neurotox. Res. 2021; 39(4): 1274–84. https://doi.org/10.1007/s12640-021-00370-w
  9. Lee I.C., Ko J.W., Park S.H., Shin N.R., Shin I.S., Moon C., et al. Comparative toxicity and biodistribution assessments in rats following subchronic oral exposure to copper nanoparticles and microparticles. Part. Fibre Toxicol. 2016; 13(1): 56. https://doi.org/10.1186/s12989-016-0169-x
  10. Adiguzel C., Karaboduk H., Apaydin F.G., Kalender S., Kalender Y. Comparison of nickel oxide nano and microparticles toxicity in rat liver: molecular, biochemical, and histopathological study. Toxicol. Res. (Camb.) 2023; 12(5): 741–50. https://doi.org/10.1093/toxres/tfad062
  11. Katsnelson B.A., Degtyareva T.D., Minigalieva I.А., Privalova L.I., Kuzmin S.V., Yeremenko O.S., et al. Sub-chronic systemic toxicity and bio-accumulation of Fe3O4 nano- and micro- particles following repeated intraperitoneal administration to rats. Int. J. Toxiсol. 2011; 30(1): 59–68. https://doi.org/10.1177/1091581810385149 https://elibrary.ru/ohtawh
  12. Амромина А.М., Шаихова Д.Р., Берёза И.А., Тажигулова А.В., Минигалиева И.А., Соловьева С.Н. и др. Влияние наночастиц свинца на экспрессию генов глутаматного рецептора NMDA и поведенческие реакции у крыс породы Wistar. Гигиена и санитария. 2022; 101(12): 1581–7. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-12-1581-1587 https://elibrary.ru/rcwafq
  13. Offor S.J., Herbert O.C.M., Orisakwe O.E. Lead induced hepato-renal damage in male albino rats and effects of activated charcoal. Front. Pharmacol. 2017; 8: 107. https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00107
  14. Сутункова М.П., Минигалиева И.А., Клинова С.В., Рябова Ю.В., Тажигулова А.В., Шабардина Л.В. и др. Оценка острой токсичности наночастиц оксида свинца на крысах при ингаляционной экспозиции. Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023; 31(9): 24–30. https://doi.org/10.35627/2219-5238/2023-31-9-24-30 https://elibrary.ru/pmuwvc
  15. El-Tantawy W.H. Antioxidant effects of Spirulina supplement against lead acetate-induced hepatic injury in rats. J. Tradit. Complement. Med. 2016; 6(4): 327–31. https://doi.org/10.1016/j.jtcme.2015.02.001
  16. Galluzzi L., Pietrocola F., Bravo-San Pedro J.M., Amaravadi R.K., Baehrecke E.H., Cecconi F., et al. Autophagy in malignant transformation and cancer progression. EMBO J. 2015; 34(7): 856–80. https://doi.org/10.15252/embj.201490784
  17. Fadda L.M., Attia H.A., Al-Rasheed N.M., Ali H.M., Al-Rasheed N.M. Roles of some antioxidants in modulation of cardiac myopathy induced by sodium nitrite via down-regulation of mRNA expression of NF-κB, Bax, and Flt-1 and suppressing DNA damage. Saudi Pharm. J. 2018; 26(2): 217–23. https://doi.org/10.1016/j.jsps.2017.12.008
  18. Liu H., Chen C., Wang Q., Zhou C., Wang M., Li F., et al. The oxidative damage induced by lead sulfide nanoparticles in rat kidney. Mol. Cell. Toxicol. 2023; 19: 691–702. https://doi.org/10.1007/s13273-022-00296-0
  19. El-Shetry E.S., Mohamed A.A., Khater S.I., Metwally M.M.M., Nassan M.A., Shalaby S., et al. Synergistically enhanced apoptotic and oxidative DNA damaging pathways in the rat brain with lead and/or aluminum metals toxicity: expression pattern of genes OGG1 and P53. J. Trace Elem. Med. Biol. 2021; 68: 126860. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2021.126860
  20. Attafi I.M., Bakheet S.A., Korashy H.M. The role of NF-κB and AhR transcription factors in lead-induced lung toxicity in human lung cancer A549 cells. Toxicol. Mech. Methods. 2020; 30(3): 197–207. https://doi.org/10.1080/15376516.2019.1687629
  21. Hui Y., Liu C., Yang D., Zhang H., Xi Z. Comparative study of cytotoxicity, oxidative stress and genotoxicity induced by four typical nanomaterials: the role of particle size, shape and composition. J. Appl. Toxicol. 2009; 29(1): 69–78. https://doi.org/10.1002/jat.1385
  22. Feng X., Chen A., Zhang Y., Wang J., Shao L., Wei L. Central nervous system toxicity of metallic nanoparticles. Int. J. Nanomedicine. 2015; 10(1): 4321–40. https://doi.org/10.2147/IJN.S78308
  23. Bin S., Zhang Y., Liu J., Feng X., Zhou T., Shao L. Is neurotoxicity of metallic nanoparticles the cascades of oxidative stress? Nanoscale Res. Lett. 2016; 11(1): 291. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1508-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Берёза И.А., Шаихова Д.Р., Амромина А.М., Рябова Ю.В., Минигалиева И.А., Сутункова М.П., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.