ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ МОДИФИКАЦИИ

ГЕНОМА ПРИ ГЕНОМА ПРИ ПАТОЛОГИИ ПАТОЛОГИИ

ЭМБРИОНАЛЬНОГО ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКАРАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА

к.б.н. И.Н.к.б.н. И.Н. ЛебедевЛебедев

Параметры генетического здоровья работников Сибирского химического комбината, жителей

г. Северска и Томской области

к.б.н. И.Н. Лебедев, зав. лабораторией цитогенетикиГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН, г. Томск

Биологические последствия влияния Биологические последствия влияния ионизирующего излучения на человекаионизирующего излучения на человека

Соматические Соматические поражение

соматических клеток

Ранние Ранние (Острые)(Острые) ОтдаленныеОтдаленные

Генетические Генетические поражение

половых клеток

Ранние Ранние (Острые)(Острые) ОтдаленныеОтдаленные

Лучевая Лучевая болезньболезньЛучевая Лучевая болезньболезнь

МестныеМестные лучевыелучевые

пораженияпоражения

МестныеМестные лучевыелучевые

пораженияпоражения

Лучевой Лучевой канцерогенезканцерогенез

Лучевой Лучевой канцерогенезканцерогенез

Лучевое Лучевое старениестарениеЛучевое Лучевое старениестарение

Гибель Гибель потомства, потомства,

ВПРВПР

Гибель Гибель потомства, потомства,

ВПРВПР

Нарушение Нарушение фертильностифертильности

Нарушение Нарушение фертильностифертильности

КанцерогенезКанцерогенезКанцерогенезКанцерогенез

Физиологическая Физиологическая неполноценность неполноценность

потомствапотомства

Физиологическая Физиологическая неполноценность неполноценность

потомствапотомства

Исследования ГУ НИИ медицинской генетики ТНЦ СО РАМН по проблемам генетического здоровья работников Сибирского

химического комбината и населения прилегающих территорий

Назаренко С.А., Попова Н.А., Назаренко Л.П., Пузырёв В.П.Ядерно-химическое производствои генетическое здоровье // Томск: Печатная мануфактура, 2004. – 272 с.

1) 1996-2000 гг. «Сравнительный анализ параметров генетического здоровья жителей г. Северска и прилегающих территорий Томской области».

2) 2002-2004 гг. «Генетическое здоровье работников СХК, профессионально контактирующих с плутонием-239, и членов их семей».

3) 2006-2009 гг. «Комплексный анализ структурно-функциональных изменений генома при комбинированном воздействии факторов радиационной и химической природы у работников СХК».

Уровни исследований генетических эффектов Уровни исследований генетических эффектов ионизирующего облученияионизирующего облучения

1. 1. Популяционный.Популяционный. Исследование частоты врожденных пороков развития и груза

наследственной патологии.

2. Молекулярный. Оценка частоты мутаций повторяющихся

последовательностей ДНК, возникающих в половых клетках.

3. Клеточный. Цитогенетический анализ числовых и структурных

хромосомных нарушений.

Три способа регистрации ВПР:Три способа регистрации ВПР:

1. Регистрация у новорожденных 9 «легко» диагностируемых форм ВПР – анэнцефалия, спинномозговая грыжа, расщелины губы и неба, полидактилия, редукционные пороки конечностей, атрезия пищевода, атрезия ануса, синдром Дауна и множественные врожденные пороки развития (МВПР).

2. Стандартизованная система регистрации у детей в возрасте до 1 года 19 форм ВПР по правилам Европейского

международного регистра EUROCAT.

3. Выявление у детей в возрасте до 1 года 3. Выявление у детей в возрасте до 1 года всех форм ВПРвсех форм ВПР. .

За период с За период с 19721972 по по 19981998 гг. в г. Северске было проанализировано гг. в г. Северске было проанализировано 37.39437.394 истории родов и развития новорожденных, а также истории родов и развития новорожденных, а также

2.700 2.700 протоколов анатомических вскрытий. протоколов анатомических вскрытий.

Популяционный уровень:Анализ частоты врожденных пороков развития

Частота на 1000 новорожденных Пороки развития Северск1 Томск2 Курск3 Бело-

руссия4 Казах-стан5

Синдром Дауна 0,78 1,71 1,26 1,28 1,24 МВПР 1,84 3,28 3,80 2,61 2,68 Анэнцефалия 0,08 0,29 0,11 0,31 0,33 Спинномозговая грыжа

0,37 0,64 0,34 0,54 0,47

Расщелина губы и/или неба

1,07 0,79 0,94 1,06 1,08

Полидактилия 0,94 0,52 0,49 0,58 0,45 Редукционные пороки конечностей

0,37 0,20 0,14 0,28 0,21

Атрезия ануса 0,08 0,16 0,26 0,13 0,17 Атрезия пищевода 0,32 0,14 0,23 0,15 0,22 Всего: 5,85 7,66 7,58 6,94 6,85

Частоты 9 «легко» диагностируемых форм ВПР у новорожденных Частоты 9 «легко» диагностируемых форм ВПР у новорожденных детей в городских популяциях бывшего СССР детей в городских популяциях бывшего СССР

Примечание : 1 – Назаренко С.А. с соавт., 2004; 2 - Назаренко Л.П., 1998; 3 - Иванов с соавт., 1997; 4 - Лурье, 1984; 5 - Каюпова, Куандыков, 1990.

0

0,5

1

1,5

2

c. Дауна МВПР АЭ С/м грыжа Расщ. губы Полидакт. Ред. пор.кон.

Атр. ануса Атр. пищ.

1972-1982

1983-1993

1994-1998

Динамика частот 9 «легко» диагностируемых форм ВПР (1:1000) Динамика частот 9 «легко» диагностируемых форм ВПР (1:1000) у новорожденных г. Северска за три периода наблюденийу новорожденных г. Северска за три периода наблюдений

Средняя частота 19 форм ВПР (1:1000) у детей в возрасте доСредняя частота 19 форм ВПР (1:1000) у детей в возрасте до1 года в России и по данным европейского регистра 1 года в России и по данным европейского регистра EUROCATEUROCAT

0

5

10

15

20

25

Сев

ерск

Том

ск

Лю

бер

цы

Нов

омос

ков

ск

Кл

ин

EU

RO

CA

T m

in

EU

RO

CA

Tm

ax

1) Синдром Дауна

2) МВПР

3) Анэнцефалия

4) Спинномозговая грыжа

5) Расщелина губы

6) Расщелина неба

7) Полидактилия

8) Редукционные пороки конечностей

9) Атрезия ануса

10) Атрезия пищевода

11) Энцефалоцеле

12) Гидроцефалия

13) Микротия

14) Врожденные пороки сердца

15) Гипоспадия

16) Диафрагмальные грыжи

17) Агенезия и дисгенезия почек

18) Грыжа пупочного канатика

19) Гастрошизис

Частота всех форм ВПР у новорожденных в г. Северска, Томска Частота всех форм ВПР у новорожденных в г. Северска, Томска в сравнении с некоторыми городскими популяциями России в сравнении с некоторыми городскими популяциями России

(1:1000 новорожденных)(1:1000 новорожденных)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Сев

ерск

Том

ск

Ом

ск

Мос

кв

а

Сал

ехар

д

Сан

кт-

Пет

ербу

рг

Ам

гин

ски

йр

-он

Як

ути

и

Кур

ск

ДинамикаДинамика отдельных форм и общей частоты ВПРотдельных форм и общей частоты ВПРу новорожденных г. Северска с 1972 по 1998 гг.у новорожденных г. Северска с 1972 по 1998 гг.

1. Частота 9 форм ВПР, в этиологии которых наибольший 1. Частота 9 форм ВПР, в этиологии которых наибольший удельный вес занимает удельный вес занимает мутационная мутационная компонента, в течение компонента, в течение 27-летнего периода наблюдения, т.е. на протяжении жизни одного27-летнего периода наблюдения, т.е. на протяжении жизни одного поколения, не изменилась.поколения, не изменилась.

2. При регистрации 19 форм ВПР в г. Северске до 1993 г. и после 2. При регистрации 19 форм ВПР в г. Северске до 1993 г. и после обнаружено достоверное повышение их суммарной частоты с обнаружено достоверное повышение их суммарной частоты с 11,96‰ до 18,65‰ (11,96‰ до 18,65‰ (p<0,001)p<0,001), преимущественно за счет пороков , преимущественно за счет пороков сердца.сердца.

3. За исследуемый период обнаружено статистически достоверное 3. За исследуемый период обнаружено статистически достоверное повышение частоты аномалий развития сердечно-сосудистой иповышение частоты аномалий развития сердечно-сосудистой и костно-мышечной систем, а также половых органов, при костно-мышечной систем, а также половых органов, при одновременном снижении частот незаращения губы и дисгенезии одновременном снижении частот незаращения губы и дисгенезии почек. Рост отмечен по тем формам ВПР, диагностика которых почек. Рост отмечен по тем формам ВПР, диагностика которых прогрессивно улучшаетсяпрогрессивно улучшается, в том числе и в дородовый период., в том числе и в дородовый период.

Отягощенность 1х10-3 Населенный

пункт

Численность населения (тыс.чел.) АД АР Х-сцепл Общая

г. Северск 110 0,89 0,89 0,29 2,07

г. Томск 560 1,48 1,35 0,66 3,49

Краснодарский край 280 1,10 0,54 0,44 2,08

г. Саранск 210 1,83 0,97 0,50 3,30

г. Архангельск 500 1,01 0,98 0,29 2,28

Вывод:Вывод: Уровень генетического груза в популяциях г. Северска и Томска Уровень генетического груза в популяциях г. Северска и Томска

сопоставим с другими популяциями России, проживающими на не сопоставим с другими популяциями России, проживающими на не загрязненных радионуклидами территориях.загрязненных радионуклидами территориях.

Популяционный уровень:Оценка груза наследственной патологии

За период обследования в г. Северске было выявлено 114 семей со За период обследования в г. Северске было выявлено 114 семей со 138 больными с моногенными наследственными заболеваниями138 больными с моногенными наследственными заболеваниями

Молекулярный уровень:Анализ частоты гаметических мутаций повторяющихся

последовательностей ДНК

Гаметические мутации повторяющихся последовательностей ДНКГаметические мутации повторяющихся последовательностей ДНКа)а) D11S1304 D11S1304 ((материнского происхожденияматеринского происхождения),),

б) б) D11S1983D11S1983 ( (отцовского происхожденияотцовского происхождения),),М – маркер молекулярного веса.М – маркер молекулярного веса.

М

217

213

209

205

201

197

а М

256

252248

236

232

228224

б

ЧастотаЧастота гаметических гаметических мутмутацийаций повторяющихся повторяющихся последовательностейпоследовательностей ДНК в семьях работников ДНК в семьях работников

СХКСХК с внешним гамма-облучением с внешним гамма-облучением• 60 семей работников СХК, 60 семей работников СХК,

получивших на момент получивших на момент рождения ребенка интеграль-рождения ребенка интеграль-ную дозу внешнего гамма-ную дозу внешнего гамма-облучения от 1,5 до 137 бэр. облучения от 1,5 до 137 бэр. Контрольная выборка из 31 Контрольная выборка из 31 семьи, проживающей в семьи, проживающей в поселке Каргала.поселке Каргала.

• В семьях работников СХК В семьях работников СХК средняя частота мутаций средняя частота мутаций составила составила 0,0350,035 на локус на на локус на гамету на поколение, а в гамету на поколение, а в контрольных - контрольных - 0,0250,025..

Достоверных различий между Достоверных различий между группами не обнаруженогруппами не обнаружено..

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

В6.7 СЕВ1 MS1 ACTBP2 D2S2739 D9S768 Всего

СХККонтроль

Мутации отцовского и Мутации отцовского и материнского происхожденияматеринского происхождения

Генети-ческий локус

Частота мутаций на гамету на поколение

Семьи работников СХК Жители пос. Каргала

Отцы МатериОтцы/ матери

Отцы Матери Отцы/ матери

В6.7 0,0830,083 00 8/08/0 00 0,0320,032 0/30/3

CEB1 0,1330,133 0,0160,016 8,38,3 0,1290,129 00 12/012/0

MS1 0,0660,066 0,0500,050 1,321,32 0,0640,064 0,0320,032 22

Всего 0,0560,056 0,0130,013 4,34,3 0,0380,038 0,0120,012 3,23,2

Полученные результаты свидетельствуют о справедливости Полученные результаты свидетельствуют о справедливости гипотезы репликационного происхождения значительной части гипотезы репликационного происхождения значительной части мутаций минисателлитных локусов генома.мутаций минисателлитных локусов генома.

ЧастотаЧастота гаметических гаметических мутмутацийаций повторяющихся повторяющихся последовательностейпоследовательностей ДНК в семьях работников ДНК в семьях работников

СХК СХК с инкорпорированным плутониемс инкорпорированным плутонием

Локус СХК (35 полных семей и 55 потомков, всего 126 человек, 1,5-257 нКи)

Контроль (49 полных семей и 64 ребенка, всего 162

человека, пос. Каргала)

P

Число гамет

Мутации Число гамет

Мутации

число частота число частота

D2S1242 110 1 0,009 122 1 0,008 0,347

D2S2739 110 1 0,009 128 2 0,016 0,667

ACTBP2 100 1 0,01 116 2 0,017 0,174

D9S768 110 2 0,018 128 1 0,008 0,470

D21S124 110 0 0 128 2 0,016 0,195

540 5 0,0092 622 8 0,012 0,783

РазрывыРазрывы вв ДНКДНК

Повреждение Повреждение веретена веретена

клеточного клеточного деленияделения

Структурные Структурные хромосомные хромосомные аберрацииаберрации Числовые хромосомные Числовые хромосомные

нарушения: анеуплоидия, нарушения: анеуплоидия, полиплоидияполиплоидия

Клеточный уровень:Исследование частоты и спектра хромосомных нарушений

Структура и объем исследованного цитогенетического Структура и объем исследованного цитогенетического материала в отношении эффектов материала в отношении эффектов γγ-облучения-облучения

* * - - Реконструированная доза Реконструированная доза по спектрометрии эмали зубов по спектрометрии эмали зубов (Федосеев, Смиренная, 1996);(Федосеев, Смиренная, 1996);

МатериалМатериал собрансобран в периодв период 1996-1999 гг.1996-1999 гг.

Обследованная группа

Число обследованных

лиц

Возраст(лет)

Интегральная доза внешнего -облучения

(бэр)

Число изученных

метафаз

СХК100 25 40-60 93-157 7564

СХК20 22 35-50 18-37 7345

СЕВЕРСК 20 40-60 0 5984

САМУСЬ 18 25-45

5-188* 4527

TOMСК 21 35-50 0 4771

КАРГАЛА 36 35-50 0 10128

Всего: 142 - - 40319

0

1

2

3

4

5

6

7

КА

Р

TO

M

СА

М

СЕ

В

СХ

К20

СХ

К10

0

Процент аберрантных метафаз у работников СХК Процент аберрантных метафаз у работников СХК с внешним с внешним --облучением, жителей г. Северскаоблучением, жителей г. Северскаи прилегающих территорий Томской областии прилегающих территорий Томской области

***

**

**- p - p < 0,05< 0,05 - по сравнению с контролем - по сравнению с контролем (критерий Манна-Уитни)(критерий Манна-Уитни)

%

Двухударные хромосомные аберрации Двухударные хромосомные аберрации - дицентрические и кольцевые хромосомы - дицентрические и кольцевые хромосомы

(маркеры радиационного воздействия)(маркеры радиационного воздействия)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

КА

Р

TO

M

СА

М

СЕ

В

СХ

К20

СХ

К10

0

*

*- p < 0,05

Частота дицентрических и кольцевых хромосом Частота дицентрических и кольцевых хромосом (маркеров (маркеров радиационного воздействия)радиационного воздействия) у работников СХК, жителей у работников СХК, жителей г.Северска и прилегающих территорий Томской областиг.Северска и прилегающих территорий Томской области

Спонтанная частота

%

СтруктурныеСтруктурные хромосомныехромосомные нарушениянарушения у жителей г. Северскау жителей г. Северска

А Б

В Г

А - одиночныйА - одиночный разрывразрыв

Б - парныйБ - парный разрывразрыв

В, Г - В, Г - хроматидныехроматидные обменыобмены (маркеры (маркеры химического химического мутагенеза)мутагенеза)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

КА

Р

TO

M

СА

М

СЕ

В

СХ

К20

СХ

К10

0

*

*

*- p < 0,05

Частота хроматидных обменов (Частота хроматидных обменов (маркеров химического маркеров химического мутагенеза)мутагенеза) у работников СХК, жителей г.Северска и у работников СХК, жителей г.Северска и

прилегающих территорий Томской областиприлегающих территорий Томской области

*

Вывод:Общая частота хромосомных

аберраций у работников СХК и

жителей г.Северска повышена за счет

аберраций хроматидного типа –

маркеров химического мутагенеза.

Среднее число СХО на клетку у работников СХК, Среднее число СХО на клетку у работников СХК, жителей г. Северска и прилегающих территорийжителей г. Северска и прилегающих территорий

* - р<0,05

Обследованная группа

Число индивидов

Среднее число СХО/кл

ст. ошибка

СХК100 20 11,10 1,86*

СХК20 20 10,83 2,00*

СЕВЕРСК 20 9,40 1,35*

TOMСК 18 8,22 0,72

КАРГАЛА 21 7,21 0,69

Мультиаберрантные клетки

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

KAR TOM SAM SEV SEV20 SEV100

Спонтанная частота мультиаберрантных клеток составляет 0,01 на 100 клеток, т.е. 1:10.000 метафаз (Neel et al., 1992; Bochkov, Katosova, 1994).

Частота мультиаберрантных клеток у работников СХК, жителей г. Северска и прилегающих территорий

Томской области

*

**

*

*- p < 0,05

* **- p < 0,01

МежиндивидуальнаяМежиндивидуальная вариабельностьвариабельность работниковработников СХК по частоте хромосомных нарушенийСХК по частоте хромосомных нарушений

1. У работников СХК, подвергающихся в процессе производственной деятельности облучению сходными дозами ионизирующей радиации,

обнаружена высокая межиндивидуальная вариабельность частоты хромосомных аберраций.

2. К категории лиц высокого генетического риска (частота хромосомных нарушений в 4 и более раз превышает спонтанный уровень) отнесено около 25% обследованных индивидов.

3. К категории лиц сверхвысокого генетического риска (превышение частоты спонтанного уровня в 10 и более раз) отнесено 8,5% работников.

Вывод: Необходим постоянный цитогенетический мониторинг за состоянием

хромосомного аппарата работников ядерно-химического производства с целью своевременного выявления групп

повышенного генетического риска и дальнейшей профилактики заболеваний, особенно онкологической патологии.

Структура и объем исследованного цитогенетического материала у работников СХК, имеющих внутреннее облучение

плутонием-239

Обследованная группа

Число обследованных

лиц

Стаж работы (лет)

Активность инкорпорирован

ного плутония (нКи)

Число изученных

метафаз

P1 14 13-41 1,5-11 3689

P2 22 16-41 13-20 5778

P3 24 17-43 25-257 6560

Контроль (пос. Каргала)

36 - - 10128

Всего 96 - - 26155

Обследование проведено в 2002-2004 гг.

в) Хроматидный обмен г) Мультиаберрантная клетка

DMs

DMs

DMs

ПФ

Д DMs

б) Дицентрическая хромосома с парным фрагментом

Хромосомные аберрации в клетках работников СХК с инкорпорированным плутонием-239

а) Дицентрическая хромосома

Двойные минихромосомы (double minutes) в клетках крови у работников СХК с инкорпорированным плутонием-239

Маркер начального этапа малигнизации?

Двойные минихромосомы являются амплифицированными онкогенами.Обычно выявляются только в опухолевых клетках.

Частота мультиаберрантных клеток у индивидов с различным содержанием плутония-239 в организме

Обследованная группа

Число индивидов с

МАК

Число метафаз с

МАК

Число МАК на 100 клеток (M ± m)

Контроль 0 / 36 0 / 10128 0

P1 (1,5-11 нКи) 0 / 14 0 / 3689 0

P2 (13-20 нКи) 2 / 22 6 / 5778 0,09 ± 0,08 *

P3 (25-257 нКи) 6 / 24 7 / 6560 0,10 ± 0,04 *

* - p < 0,01

Структура и частота хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови у работников плутониевого производства и в

контрольной группе (данные 2002-2004 гг.)

ГруппаГруппаКонтрольКонтроль

(пос. Каргала)(пос. Каргала)P1P1

(1,5-11 (1,5-11 нКи)нКи)P2P2

(13-20 нКи)(13-20 нКи)P3P3

(25-257 нКи)(25-257 нКи)

Число обследованных лиц 3636 1414 2222 2424

Число исследованных метафаз 1012810128 36893689 57785778 65606560

Процент аберрантных метафаз 1,34 1,34 ±± 0,17 0,17 1,61 1,61 ±± 0,36 0,36 2,42 2,42 ±± 0,52** 0,52** 2,66 2,66 ±± 0,30* 0,30*

Аберрации хромосомного типа 0,61 0,61 ±± 0,10 0,10 1,04 1,04 ±± 0,34 0,34 1,61 1,61 ±± 0,58 0,58 2,01 2,01 ±± 0,30* 0,30*

Парные фрагменты 0,49 0,49 ±± 0,09 0,09 0,59 0,59 ±± 0,28 0,28 1,06 1,06 ±± 0,31 0,31 1,09 1,09 ±± 0,17* 0,17*

Аберрации двухударного типа 0,12 0,12 ±± 0,04 0,04 0,23 0,23 ±± 0,10 0,10 0,41 0,41 ±± 0,21 0,21 0,61 0,61 ±± 0,05* 0,05*

Аберрации хроматидного типа 0,86 0,86 ±± 0,15 0,15 0,79 0,79 ±± 0,22 0,22 0,96 0,96 ±± 0,21 0,21 1,18 1,18 ±± 0,27 0,27

Одиночные фрагменты 0,76 0,76 ±± 0,15 0,15 0,77 0,77 ±± 0,21 0,21 0,84 0,84 ±± 0,18 0,18 1,04 1,04 ±± 0,26 0,26

Хроматидные обмены 0,08 0,08 ±± 0,03 0,03 0,02 0,02 ±± 0,02 0,02 0,12 0,12 ±± 0,05 0,05 0,10 0,10 ±± 0,03 0,03

Мультиаберрантные клетки 00 00 0,09 0,09 ±± 0,08*0,08* 0,10 0,10 ±± 0,04*0,04*

* - p < 0,01; ** - p < 0,05* - p < 0,01; ** - p < 0,05

ГруппаГруппа КонтрольКонтроль (г. Северск)(г. Северск) Работники СХКРаботники СХК (10-188 (10-188 нКи)нКи)

Число обследованных лиц 20 52

Число исследованных метафаз 6000 19425

Процент аберрантных метафаз 1,0±0,4 1,6±1,2*

Аберрации хромосомного типа 0,3±0,4 1,6±1,7**

Парные фрагменты 0,4±0,4 0,9±1,2

Кольцевые хромосомы 0,10±0,02 0,13±0,27

Дицентрические хромосомы 0,1±0,1 0,15±0,31

Аберрации хроматидного типа 0,5±0,4 0,3±0,4

Одиночные фрагменты 0,5±0,5 0,4±0,4

Хроматидные обмены 0,05±0,1 0,09±0,2

Мультиаберрантные клетки 0,03±0,1 0,07±0,2

** p p == 00,,0202; ; ** p** p == 00,,002002

Структура и частота хромосомных аберраций в лимфоцитах периферической крови у работников плутониевого производства и в

контрольной группе (данные 2006-2008 гг.)

Механизмы действияМеханизмы действия ионизирующейионизирующей радиации на генетический аппарат клеткирадиации на генетический аппарат клетки

По Mateuca R. et al., 2006

АнеуплоидияАнеуплоидия

состояние, при котором состояние, при котором число хромосом вчисло хромосом в клетке клетке не кратно нормальному не кратно нормальному

основномуосновному (гаплоидному) набору.(гаплоидному) набору.

Анеуплоидия у человека:Анеуплоидия у человека:

• Ранняя гибель эмбрионов и Ранняя гибель эмбрионов и невынашивание невынашивание беременности.беременности.

• Множественные Множественные врожденные пороки врожденные пороки развития.развития.

• Наследственные синдромы, Наследственные синдромы, сопровождающиеся сопровождающиеся умственной и физической умственной и физической отсталостью.отсталостью.

• Онкопатология.Онкопатология.

• Ранняя гибель эмбрионов и Ранняя гибель эмбрионов и невынашивание невынашивание беременности.беременности.

• Множественные Множественные врожденные пороки врожденные пороки развития.развития.

• Наследственные синдромы, Наследственные синдромы, сопровождающиеся сопровождающиеся умственной и физической умственной и физической отсталостью.отсталостью.

• Онкопатология.Онкопатология.

Теодор Бовери(1867-1915)

немецкий цитологи эмбриолог

Больше века назад предположил, что рак Больше века назад предположил, что рак вызывается анеуплоидией, так как она вызывается анеуплоидией, так как она «формирует патологический фенотип у «формирует патологический фенотип у морских ежей». морских ежей».

Больше века назад предположил, что рак Больше века назад предположил, что рак вызывается анеуплоидией, так как она вызывается анеуплоидией, так как она «формирует патологический фенотип у «формирует патологический фенотип у морских ежей». морских ежей».

Петер Дьюсберг, профессор молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета, Беркли.

Дал «анеуплоидной» гипотезе Бовери новое направление в объяснении этиологии и прогрессии рака.

Мутагенная индукция анеуплоидииМутагенная индукция анеуплоидии

Агенты, которые индуцируют анеуплоидию при воздействии in vitro и/или in vivo, известны как анеугены или анеуплоидогены;

Анеуплоидия не индуцируется каким-либо одним общим механизмом, а возникает в результате ошибок сегрегации хроматид при делении клетки;

При облучении может происходить радиационный лизис белков, содержащих SH- и S-S-группы, что ведет к фрагментации пептидных цепей.

Агенты, которые индуцируют анеуплоидию при воздействии in vitro и/или in vivo, известны как анеугены или анеуплоидогены;

Анеуплоидия не индуцируется каким-либо одним общим механизмом, а возникает в результате ошибок сегрегации хроматид при делении клетки;

При облучении может происходить радиационный лизис белков, содержащих SH- и S-S-группы, что ведет к фрагментации пептидных цепей.

ГиперплоидияГиперплоидияГиперплоидияГиперплоидия-избыток одной или нескольких избыток одной или нескольких хромосом наборахромосом набора-избыток одной или нескольких избыток одной или нескольких хромосом наборахромосом набора

ГипоплоидияГипоплоидияГипоплоидияГипоплоидия-недостаток одной или нескольких недостаток одной или нескольких хромосом наборахромосом набора-недостаток одной или нескольких недостаток одной или нескольких хромосом наборахромосом наборавозникает как в результате нерасхождения, так и отставания хромосом или хроматид в ходе клеточного деления

возникает в результате нерасхождения хромосом при делении клетки

Схема хромосомного нерасхождения

Трисомия

Моносомия

Схема хромосомного отставания

Моносомия

МикроядроМоносомия

Принцип флюоресцентной гибридизации in situ

Трисомия 12

Нормальные клетки с дисомией 11 и 16

Моносомия 7

Нуллисомия Х Дисомия Y Тетраплоидия

Интерфазная цитогенетика

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Контроль Работники СХК

23%р=0,2523%р=0,25

52%р=0,0152%р=0,01

- Некультивированные лейкоциты - Культивированные лейкоциты (1 цикл репликации ДНК)

Суммарная частота анеуплоидии у контрольных лиц и работников СХК с внешним гамма-облучением в

некультивированных и культивированных клетках

Назаренко С.А., Тимошевский В.А. Сравнительный анализ частоты анеуплоидии в покоящихся и делящихся клетках человека при воздействии вредных внешнесредовых факторов // Генетика. 2005. Т. 41. № 3. С. 391-395. 

Тест-система определения Тест-система определения мутагенного влияниямутагенного влияния

Обнаруженные закономерности

могут быть положены в основу

нового способа оценки мутагенного

потенциала различных

физических, химических и

биологических факторов на основе

технологии интерфазного молекулярно-

цитогенетического анализа.

Обнаруженные закономерности

могут быть положены в основу

нового способа оценки мутагенного

потенциала различных

физических, химических и

биологических факторов на основе

технологии интерфазного молекулярно-

цитогенетического анализа.

Тимошевский В.А., Лебедев И.Н., Назаренко С.А. Биологическая индикация мутагенных воздействий: анализ числовых хромосомных нарушений в интерфазных клетках человека // Томск.2006 г. 40 с.

Тимошевский В.А., Лебедев И.Н., Назаренко С.А. Биологическая индикация мутагенных воздействий: анализ числовых хромосомных нарушений в интерфазных клетках человека // Томск.2006 г. 40 с.

Тест-система определения Тест-система определения мутагенного влияниямутагенного влияния

Мутагенное влияние

Отсутствие вредного воздействия

Некультивированные и культивированные клетки

Разность в частоте числовых хромосомных нарушений

Значимое Значимое повышениеповышение

НезначимоеНезначимое повышениеповышение

Преимущество тест-системы: индивидуализация оценки мутагенного воздействия.

Анализ цитокинез-блокированных Анализ цитокинез-блокированных двухъядерных клетокдвухъядерных клеток

Цитохалазин В

Б

Аcen FISH

А: двухъядерная клетка с микроядром, содержащим центромерный FISH-А: двухъядерная клетка с микроядром, содержащим центромерный FISH-сигнал, принадлежащий отставшей хромосоме; сигнал, принадлежащий отставшей хромосоме;

Б: распределение гибридизационных сигналов в ядрах при хромосомном Б: распределение гибридизационных сигналов в ядрах при хромосомном нерасхождении.нерасхождении.

Схема определения хромосомного отставания и Схема определения хромосомного отставания и нерасхождения с помощью нерасхождения с помощью FISHFISH-анализа -анализа

двухъядерных клетокдвухъядерных клеток

Характеристика обследуемых группХарактеристика обследуемых групп

ГруппаГруппа возраствозраст

Активность Активность инкорпориро-инкорпориро-

ванного плутонияванного плутония, , нКинКи

Число Число проанализированных проанализированных двухъядерных клетокдвухъядерных клеток

КонтрольКонтроль(г. Северск)(г. Северск)

n = 30n = 30------ 90 00090 000

Работники СХКРаботники СХКn = 30n = 30 10 - 18810 - 188 90 00090 000

38 - 70

(X = 57)

3311 - - 69 69

((X =X = 5 52)2)

Нормальные Нормальные двухъядерные двухъядерные лимфоцитылимфоциты

FISH-FISH-анализ цитокинез-анализ цитокинез-блокированных двухъядерных клетокблокированных двухъядерных клеток

Двухъядерные лимфоциты, в Двухъядерные лимфоциты, в которых произошло которых произошло нерасхождение хромосомы 12нерасхождение хромосомы 12

- D7Z1

- D12Z3- D7Z1

- D12Z3

Частота нерасхождения по хромосомам 2, 8, 7, 12 Частота нерасхождения по хромосомам 2, 8, 7, 12 в цитохалазин-блокированных лимфоцитахв цитохалазин-блокированных лимфоцитах

Среднее ±SE

1 2

сравниваемые группы

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022Н

ерас

хож

ден

ие

по

хр

ом

осо

ме

2

Среднее ±SE

1 2

Сравниваемые группы

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

0,0024

Нер

асхо

жд

ени

е п

о х

ро

мо

сом

е 7

Среднее ±SE

1 2

Сравниваемые группы

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

Нер

асхо

жд

ен

ие п

о х

ро

мо

со

ме 8

p=0,037

Среднее ±SE

1 2

Сравниваемые группы

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

0,0024

Не

ра

схо

жд

ен

ие

по

хр

ом

ос

ом

е1

2P<0,001

p=0,023

p=0,008

контрольконтроль

контрольконтроль

СХК СХК

СХКСХК

Уровень центромер-позитивных микроядер (частота Уровень центромер-позитивных микроядер (частота хромосомного отставания) в цитохалазин-блокированных хромосомного отставания) в цитохалазин-блокированных

лимфоцитах индивидов исследуемых групплимфоцитах индивидов исследуемых групп

Mean ±SE

сравниваемые группы0,0045

0,0050

0,0055

0,0060

0,0065

0,0070

0,0075

0,0080

0,0085

0,0090Ч

асто

та и

нд

укц

ии

ми

кр

оя

дер

p = 0,018

Контроль

СХК

FISH-FISH-анализ цитокинез-анализ цитокинез-блокированных двухъядерных клетокблокированных двухъядерных клеток

Двухъядерные лимфоциты, Двухъядерные лимфоциты, в которых произошло в которых произошло отставание отставание Y-Y-хромосомхромосом

Двухъядерные лимфоциты, Двухъядерные лимфоциты, в которых произошло в которых произошло нерасхождение обеих нерасхождение обеих половых хромосомполовых хромосом

- DXZ1

- DYZ3

- DXZ1

- DYZ3

Частота нерасхождения по хромосомам Х и Частота нерасхождения по хромосомам Х и YYв цитохалазин-блокированных лимфоцитахв цитохалазин-блокированных лимфоцитах

Среднее SEКонтроль Работники

Группа

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

0,0022

0,0024

0,0026

0,0028

Ча

стот

а н

ер

асх

ожд

ени

я по

хро

мо

сом

е

X,

дол

и е

дин

иц

ы

Среднее SEКонтроль Работники

Группа

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

Ча

стот

а н

ер

асх

ож

де

ни

я по

хр

ом

осо

ме

Y,д

оли

ед

ин

иц

ы

Контроль

СХК

Контроль

СХК

Х-хромосома Y-хромосома

Частоты нерасхождения хромосомЧастоты нерасхождения хромосомв цитохалазин-блокированных лимфоцитахв цитохалазин-блокированных лимфоцитах

Среднее SE2 7 8 12 Y X

Хромосома

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

Ча

стот

а н

ер

асх

ожд

ен

ия,

дол

и е

ди

ни

цы

Среднее SE2 7 8 12 Y X

Хромосома

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

Ча

стот

а н

ер

асх

ожд

ен

ия,

дол

и е

ди

ни

цы

Контроль СХК

Среднее SEКонтроль Работники

Группа

0,0005

0,0006

0,0007

0,0008

0,0009

0,0010

0,0011

0,0012

Ча

стот

а о

тста

ван

ия

по х

ро

мо

сом

е

X,

дол

и е

ди

ни

цы

Среднее SEКонтроль Работники

Группа

0,0002

0,0002

0,0003

0,0003

0,0004

0,0004

0,0005

0,0005

0,0006

Ча

стот

а о

тста

ван

ия

по х

ро

мо

сом

е

Y,

дол

и е

ди

ни

цы

Частота отставания хромосом Х и Частота отставания хромосом Х и YYв цитохалазин-блокированных лимфоцитахв цитохалазин-блокированных лимфоцитах

Контроль

СХК

Контроль

СХК

Х-хромосома Y-хромосома

Частоты отставания хромосомЧастоты отставания хромосомв цитохалазин-блокированных лимфоцитахв цитохалазин-блокированных лимфоцитах

Контроль СХК

Среднее SE2 7 8 12 Y X

Хромосома

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

Ча

стот

а о

тста

ван

ия,

дол

и е

ди

ни

цы

Среднее SE

2 7 8 12 Y X

Хромосома

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

Ча

стот

а о

тста

ван

ия,

дол

и е

ди

ни

цы

• Числовые нарушения хромосом в клетках человека заслуживают пристального внимания в качестве новых потенциальных маркеров повреждения генетического аппарата вследствие воздействия ионизирующего излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ• Цитогенетический анализ оказывается наиболее

информативным в мониторировании биологических эффектов ионизирующего излучения в малых дозах.

• Повышенный уровень хромосомных аберраций регистрируется у ряда индивидов, подвергающихся действию ядерно-химических факторов в ходе своей профессиональной деятельности.

ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДИФИКАЦИИ МОДИФИКАЦИИ

ГЕНОМА ПРИ ГЕНОМА ПРИ ПАТОЛОГИИ ПАТОЛОГИИ

ЭМБРИОНАЛЬНОГО ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКАРАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА

к.б.н. И.Н.к.б.н. И.Н. ЛебедевЛебедев

Сибирский химический комбинат (г. Северск)

Томский атомный центр (г. Томск)

Клиническая больница № 81 (г. Северск)