К ВОПРОСУ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОЯДЕР В КЛЕТКАХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ КАК ПОКАЗАТЕЛЯ ГЕНОТОКСИЧНОСТИ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Генотоксичностью принято называть способность того или иного фактора вызывать повреждения генетического материала клетки, оказывая мутагенное или канцерогенное действие. Одним из самых распространенных методов диагностики генотоксичности является микроядерный тест. Химические и физические факторы окружающей среды способны индуцировать появление микроядра на разных этапах жизненного цикла клетки. Обычно микроядро представляет собой структуру округлой формы, располагающуюся на периферии клетки, и окрашивается в цвет хроматина. Известно, что наиболее часто микроядра образуются из хромосом (ацентрическая или дицентрическая) или же представляют собой фрагменты хромосом, возникшие из-за делеции, своевременно не разошедшихся к полюсам клетки. Причинами не расхождения могут быть дефект веретена деления, повреждение самих хромосом при воздействии на них химических и физических факторов окружающей среды. Появление микроядра в клетке может оказывать как кластогенный, так и анеугенный эффект на организм. Генотоксичные факторы химической природы, обладая нуклеофильными свойствами, связываются с молекулой ДНК и способствуют повреждению ее нативной структуры, что приводит к мутациям генов, в частности, отвечающих за образование нитей тубулина или центромерных белков. Таким образом физические и химические генотоксиканты способствуют появлению одно- и двунитевых разрывов в молекуле ДНК, нарушению процессов репарации. Следовательно, действие разных генотоксичных факторов окружающей среды повышает вероятность появления в клетке такой структуры как микроядро.

1. Howell W. Observation upon the occurrence structure and function of the giant cells of the marrow // J. Morphol. - 1890. - Vol. 4., No1. – P. 57-63

2. Evans H.J., Neary G.J., Williamson F.S. The relative biological efficiency of single doses of fast neutrones and g-rays on Vicia faba roots and the effects of oxygen. Part II. Cromosome damage: the production of micronuclei // International Journal of Radiation Biology and Related Studies in Physics, Chemistry and Medicine. - 1959. – Vol.3. – P. 216-229. doi: 10.1080/09553005914550311

3. Cole R.J., Taylor N., Cole J., Arlett C.F. Short-term test for transplacentally active carcinogens. 1. Micronucleus formation in fetal and maternal mouse erythroblasts // Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. – 1981.– Vol. 80. – P. 141– 157. doi:10.1016/0027-5107(81)90184-6.

4. MacGregor J.T., Wehr C.M., Gould D.H. Clastogen-induced micronuclei in peripheral blood erythrocytes: The basis of an improved micronucleus test // Environmental Mutagenesis. – 1980. – Vol.2. – P. 509-514. doi:10.1002/em.2860020408

5. Lähdetie J, Parvinen M. Meiotic micronuclei induced by X-rays in early spermatids of the rat // Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. – 1981. - Vol.81, No1. – P. 103–115. doi: 10.1016/0027-5107(81)90091-9.

6. Tates A.D., Dietrich A.J.J, de Vogel N., Newteboom I., Bos A. A micronucleus method for detection of meiotic micronuclei in male germ cells of mammals // Mutation Research Letters. – 1983. - Vol.121, No131. - P. 131-138. doi: 10.1016/0165-7992(83)90111-2.

7. Ильинских Н.Н., Ксенц А.С., Ильинских Е.Н., Манских В.Н., Ильинких И.Н. Микроядерный анализ в оценке цитогенетической нестабильности. – Томск: Издательство ТГПУ, 2011. – 312 с.

8. Ong T., Liu Y., Zhong B.-Z., Jones W. G., Whong W.-Z. Induction of micronucleated and multinucleated cells by man-made fibers in vitro in mammalian cells // Journal of toxicology and environmental health. - 1997. Vpl.50, No4. – P. 409-414. doi: 10.1080/009841097160447

9. Yih L.H, Lee T.C. Effects of exposure protocols on induction of kinetochoreplus and -minus micronuclei by arsenite in diploid human fibroblasts // Mutation Research Letters. – 1999. - Vol.440, No1. - P. 75-82. doi:10.1016/s1383-5718(99)00008-x

10. Krishna G., Fiedler R., Theiss J.C. Simultaneous analysis of chromosome damage and aneuploidy in cytokinesis-blocked V79 Chinese hamster lung cells using an antikinetochore antibody//Mutation Research Letters. - 1992. - Vol. 282, No2. - P. 79-88.

11. Iarmarcovai G, Botta A, Orsière T. Number of centromeric signals in micronuclei and mechanisms of aneuploidy//Toxicology Letters. – 2006. – Vol.166(1), No1. – P.10. doi:10.1016/j.toxlet.2006.05.015

12. Ernst ter Haar, Billy W. Day, Herbert S. Rosenkranz. Direct tubulin polymerization perturbation contributes significantly to the induction of micronuclei in vivo//Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. – 1996. – Vol. 350, No.2. – P. 331-337. doi:10.1016/0027-5107(95)00175-1

13. Erwin Eder, Wolfgang Kütt, Christoph Deininger. In vitro induction of micronuclei by monofunctional methanesulphonic acid esters: Possible role of alkylation mechanisms//Chemico-Biological Interactions. – 2006. – Vol.164, No.1-2. – P. 76-84. doi:10.1016/j.cbi.2006.08.020

14. Touil N, Elhajouji A, Thierens H, Kirsch-Volders M. Analysis of chromosome loss and chromosome segregation in cytokinesis-blocked human lymphocytes: nondisjunction is the prevalent mistake in chromosome segregation produced by low dose exposure to ionizing radiation//Mutagenesis. – 2000. – Vol.15, No.1. - P. 1-7. doi:10.1093/mutage/15.1.1

15. Watanabe-Akanuma M, Ohta T, Sasaki YF. A novel genotoxic aspect of thiabendazole as a photomutagen in bacteria and cultured human cells// Toxicology Letters. – 2005. - Vol.158, No3. - P. 213-219. doi:10.1016/j.toxlet.2005.03.013

16. King RW. When 2+2=5: the origins and fates of aneuploid and tetraploid cells//Biochimica et Biophysica Acta. – 2008. – Vol.1786, No.1. - P. 4-14. doi:10.1016/j.bbcan.2008.07.007

17. Roninson I.B, Broude E.V, Chang B.D. If not apoptosis, then what? Treatmentinduced senescence and mitotic catastrophe in tumor cells//Drug Resistance Updates. – 2001. – Vol.4, No.5. – P. 303-313. doi:10.1054/drup.2001.0213

18. Castedo M., Perfettini J.L, Roumier T., Andreau K., Medema R., Kroemer G. Cell death by mitotic catastrophe: a molecular definition// Oncogene. – 2004. – Vol.23, No.16. – P. 2825-2837. doi:10.1038/sj.onc.1207528

19. Okada H, Mak T.W. Pathways of apoptotic and non-apoptotic death in tumour cells// Nature reviews. Cancer. – 2004. – Vol.4, No.8. – P. 592-603. doi:10.1038/nrc1412

20. Kurihara D, Matsunaga S, Kawabe A, et al. Aurora kinase is required for chromosome segregation in tobacco BY-2 cells//The Plant Journal. – 2006. – Vol.48, No.4. – P. 572-580. doi:10.1111/j.1365-313X.2006.02893.x

21. Yun C, Cho H, Kim S.J, et al. Mitotic aberration coupled with centrosome amplification is induced by hepatitis B virus X oncoprotein via the Ras-mitogen-activated protein/extracellular signal-regulated kinase-mitogen-activated protein pathway// Molecular Cancer Research. – 2004. – Vol.2, No.3. – P. 159-169.

22. Nitta T, Kanai M, Sugihara E, et al. Centrosome amplification in adult T-cell leukemia and human T-cell leukemia virus type 1 Tax-induced human T cells// Cancer Science. – 2006. – Vol.97, No9. – P. 836-841. doi:10.1111/j.1349-7006.2006.00254.x

23. Pan S.H, Tai C.C, Lin C.S, et al. Epstein-Barr virus nuclear antigen 2 disrupts mitotic checkpoint and causes chromosomal instability//Carcinogenesis. – 2009. – Vol.30, No.2. – P. 366-375. doi:10.1093/carcin/bgn291

24. Saunders W.S, Shuster M, Huang X, et al. Chromosomal instability and cytoskeletal defects in oral cancer cells// Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2000. – Vol.97, No.1. - P. 303-308. doi:10.1073/pnas.97.1.303

25. Plug-DeMaggio A.W, Sundsvold T, Wurscher M.A, Koop J.I, Klingelhutz A.J, McDougall J.K. Telomere erosion and chromosomal instability in cells expressing the HPV oncogene 16E6// Oncogene. – 2004. – Vol.23, No.20. – P. 3561-3571. doi:10.1038/sj.onc.1207388

26. Xiaotang Rao, Yingyin Zhanga, Qiyi Yi, Heli Hou, Bo Xu, Liang Chu, Yun Huang, Wenrui Zhang, Michael Fenech, Qinghua Shi. Multiple origins of spontaneously arising micronuclei in HeLa cells: direct evidence from long-term live cell imaging// Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. – 2008. – Vol. 646, No.1-2. – P. 41-49.

27. Gisselsson D, Jonson T, Yu C, et al. Centrosomal abnormalities, multipolar mitoses, and chromosomal instability in head and neck tumours with dysfunctional telomeres// British Journal of Cancer. - 2002. – Vol.87, No.2. – P. 202-207. doi:10.1038/sj.bjc.6600438

28. Fenech M. Cytokinesis-block micronucleus assay evolves into a "cytome" assay of chromosomal instability, mitotic dysfunction and cell death// Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis. – 2006. – Vol. 600, No.1-2. – P. 58-66. doi:10.1016/j.mrfmmm.2006.05.028

29. Kirsch-Volders M, Bonassi S, Knasmueller S, Holland N, Bolognesi C, Fenech MF. Commentary: critical questions, misconceptions and a road map for improving the use of the lymphocyte cytokinesis-block micronucleus assay for in vivo biomonitoring of human exposure to genotoxic chemicals-a HUMN project perspective// Mutation Research/Reviews in Mutation Research. – 2014. – Vol.759. – P. 49-58. doi:10.1016/j.mrrev.2013.12.001

30. Terradas M, Martín M, Genescà A. Impaired nuclear functions in micronuclei results in genome instability and chromothripsis// Archives of Toxicology volume. – 2016. – Vol.90, No.11. – P. 2657-2667. doi:10.1007/s00204-016-1818-4

31. Gernand D, Rutten T, Varshney A, et al. Uniparental chromosome elimination at mitosis and interphase in wheat and pearl millet crosses involves micronucleus formation, progressive heterochromatinization, and DNA fragmentation//Plant Cell. – 2005. Vol.17, No.9. – P. 2431-2438. doi:10.1105/tpc.105.034249

32. Shimizu N, Itoh N, Utiyama H, Wahl GM. Selective entrapment of extrachromosomally amplified DNA by nuclear budding and micronucleation during S phase// The Journal of Cell Biology. – 1998. – Vol. 140, No. 6. – P. 1307-1320. doi:10.1083/jcb.140.6.1307

33. Tanaka T, Shimizu N. Induced detachment of acentric chromatin from mitotic chromosomes leads to their cytoplasmic localization at G(1) and the micronucleation by lamin reorganization at S phase// Journal of Cell Science. – 2000. – Vol.113, No.4. - P. 697-707

34. Thomas Haaf, Elke Raderschall, Gurucharan Reddy, David C. Ward, Charles M. Radding, and Efim I. Golub. Sequestration of mammalian Rad51-recombination protein into micronuclei// The Journal of Cell Biology. – 1999. – Vol.144, No.1. – P. 11-20.

35. Манских В. Н. Морфологические методы верификации и количественной оценки апоптоза // Бюллетень сибирской медицины. — 2004. — Т. 3, № 1. — С. 63– 70.

36. Манских В. Н. Пути гибели клетки и их биологическое значение // Цитология. — 2007. — Т. 49, № 11. — С. 909–915.

37. Колюбаева С.Н. К механизму образования микроядер в ФГАстимулированных лимфоцитах периферической крови человека / С.Н. Колюбаева, Л.В. Щедрина, Р.П. Степанов [и др.] // Цитология. – 1986. – Т. 28, № 26. – С. 227-231.

38. Афанасьев Ю.И., Юрина Н.А. Гистология. М.: Медицина. - 2001 – 672 с.

39. Abend M, Frombeck S, Van Beuningen D. Indications for an active process underlying spontaneous and radiation-induced micronucleation in L929 cells// International Journal of Radiation Biology. – 1999. – Vol.75, No.12. – P. 1567-1578. doi:10.1080/095530099139179

40. Decordier, E. Cundari, L. and M. Kirsch-Volders, Influence of caspase activity on micronuclei detection: A possible role for caspase-3 in micronucleation// Mutagenesis. – 2005. – Vol.20, No.3. – P.173-179.