СВЯЗЬ ОДНОНУКЛЕОТИДНОГО ПОЛИМОРФИЗМА ГЕНА SOD2 A16V (C47> T) С ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ РАБОТНИКОВ ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

RELATIONSHIP OF SOD2 A16V (C47> T) SINGLE-NUCLEOTIDE POLYMORPHISM WITH CYTOGENETIC INDICATORS OF CEMENT PLANT WORKERS

Elza Yashaeva

3rd year undergraduate student of the Department of Cell Biology,  morphology and microbiology, Chechen State University named after A.A. Kadyrova,

Russia, Grozny

Deshi Borshigova

3rd year undergraduate student of the Department of Cell Biology,  morphology and microbiology, Chechen State University named after A.A. Kadyrova,

Russia, Grozny

Rabiyat Khadizova

3rd year undergraduate student of the Department of Cell Biology,  morphology and microbiology Chechen State University named after A.A. Kadyrova

Russia, Grozny

Zura Bisultanova

scientific advisor, Art. Lecturer at the Department of Cell Biology, Morphology, Microbiology, Chechen State University named after A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

Petimat Dzhambetova

scientific adviser, Dr. biol. sciences., prof. Department of Cell Biology, Morphology and Microbiology, Chechen State University named after A.A. Kadyrov,

Russia, Grozny

АННОТАЦИЯ

Исследования ассоциации кариологических показателей деструкции ядра и полиморфизма Ala16Val гена SOD2 у работников цементного завода показали более высокую частоту встречаемости изучаемых показателей у гомозиготных по рецессивному аллелю индивидов. Минорный вариант полиморфизма Ala16Val гена SOD2 усиливает процессы лизирования и деструктивных нарушений ядра, которые являются одним из показателей некроза и апоптоза клеток.

ABSTRACT

Studies of the association of karyological indicators of nuclear destruction and Ala16Val polymorphism of the SOD2 gene in cement plant workers showed a higher frequency of occurrence of the studied indicators in individuals homozygous for the recessive allele. The minor variant of the Ala16Val polymorphism of the SOD2 gene enhances the processes of lysis and destructive disorders of the nucleus, which are one of the indicators of cell necrosis and apoptosis.

Ключевые слова: кариологические показатели, микроядерный тест, полиморфизм генов, SOD2, цементный завод.

Keywords: karyological parameters, micronucleus test, gene polymorphism, SOD2, cement plant.

Одной из важнейших проблем нашей эпохи является загрязнение окружающей среды, прежде всего из-за его воздействия на здоровье людей и, как следствие роста заболеваемости и смертности [6]. Одним из серьезных загрязнителей окружающей среды является цемент. Цемент является основным компонентом производства бетона, на производство которого приходится около 5% всех антропогенных выбросов двуокиси углерода (CO₂) во всем мире [5].

Цемент содержит различные химические вещества помимо извести и кремнезема, и такие химические вещества вызывают различные осложнения здоровья и патогенез, помимо респираторных заболеваний. Результаты исследований ученых показали также, что воздействие цементной пыли на людей способно вызывать образование свободных радикалов, нарушение баланса которых запускает окислительный стресс [7]. Недавно сообщалось, что однонуклеотидный полиморфизм гена, кодирующего митохондриальную супероксиддисмутазу (SOD2), а именно миссенс-замену A16V (C47> T), приводящую к изменению активности фермента SOD2, связан с множественной химической чувствительностью [4]. Биомаркеры генотоксичности позволяют обнаруживать ранние эффекты, возникающие в результате взаимодействия между человеком и окружающей средой; поэтому они являются важными инструментами в исследованиях биомониторинга человека. Поиск таких биомаркеров является актуальной задачей биологических исследований влияния химических загрязнителей на организм человека.

В связи с вышесказанным, нами была поставлена цель провести цитогенетический мониторинг рабочих цементного завода и исследовать кариологический статус работников с учетом полиморфизма генов оксидативного стресса.

Биологический материал для исследования был собран в 2019 году у сотрудников Чири-Юртовского цементного завода Чеченской Республики. В группу исследования вошли 49 мужчин. Средний возраст испытуемых составил 49,2 ±1,27 лет. В контрольную группу вошли 21 молодой человек, не связанных с данным производством и/или другими вредные производствами.

Биоматериалом для анализа послужили образцы буккального эпителия, собранные у работников цементного завода с их добровольного согласия. Сбор материала осуществляли по стандартной методике  [1]. Из отобранного материала приготовили цитологические препараты и изучили три группы кариологических показателей микроядерного теста: цитогенетические нарушения структуры ядра, клетки в пролиферации и на разных стадиях деструкции ядра. Анализ препаратов осуществляли с помощью микроскопа Olympus (Япония) (10×40; 10×100). Было изучено не менее 1000 эпителиоцитов на каждого работника.

Для исследования полиморфизма гена SOD2 экстрагировали ДНК из венозной крови работников, отобранной в вакуумную пробирку с антикоагулянтом ЭДТА, методом универсальной пробоподготовки.

Генотипирование работников цементного завода и контролей для однонуклеотидного полиморфизма SOD2A16V (C47> T, rs4880) было выполнено с использованием количественной аллельной дискриминации на основе ПЦР согласно протоколу производителя. Генотипирование выполняли в cистеме для ПЦР в реальном времени CFX96 (Bio-Rad; США) в соответствии с отработанной ранее программой.

Статистический анализ проводился с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты кариологического анализа основных цитогенетических параметров: микроядер и протрузий, показывают незначительное увеличение доли клеток с микроядрами у лиц экспонированной группы до 2,2‰ (табл. 1), однако разница статистически незначимая. Сумма наблюдаемых протрузий может отражать характер воздействия фактора среды в интерфазных ядрах. Частота встречаемости клеток с протрузиями в эпителиоцитах работников цементного завода (2,1‰) выше в 4 раза по сравнению с контрольной группой (8,5 ‰), причем разница является статистически значимой (р>0,01).

Таблица 1.

Кариологические показатели цитогенетических нарушений клеток эпителиоцитов у работников цементного завода (в ‰)

Проведенные исследования показали, что мутагенный эффект может по-разному проявляться. В случае пролиферативных клеток можно отметить увеличение в 3 раза как двуядерных клеток при сравнении экспонированной группы (3,6‰) с контролем (1,2‰), так и клеток со сцепленные ядрами (0,4‰ и 1,5‰, соответственно).

Увеличение частоты клеток с микроядрами и клеток с пролиферацией в клетках буккального эпителия должны сопровождаться процессами элиминации клеток с нарушениями [3]. Сравнительный анализ показателей деструкции ядра показывает, что у работников цементного завода такие клетки с деструктивными изменениями ядра встречаются значительно чаще, чем у лиц контрольной группы.

Первым ферментом защиты клетки от активных форм кислорода, трансформирующих токсичный супероксид в вещества, которые могут быть легко преобразованы в нейтральные соединения, является супероксиддисмутаза (SOD). Его кодирует ген SOD2. Наиболее значимым является полиморфизм Ala16Val, для которого характерна высокая частота распространения в различных популяциях мира [8]. Данная мутация приводит к нарушению вторичной структуры полипептида супероксиддисмутазы, что, в свою очередь, приводит к нарушению переноса молекул супероксиддисмутазы из цитоплазмы в митохондрии. В результате отмечается локальный дефицит фермента.

Результаты молекулярно-генетического анализа полиморфного варианта Ala16Val гена SOD2 работников цементного завода представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Анализ распределения генотипов С/С, С/Т и Т/Т гена SOD2 в изучаемых группах

Действие окислительного стресса было наиболее выражено в условиях цементного завода. Частота гомозигот минорного типа (TT) у рабочих цементного завода составила 32,0% против 20,0% в контрольной выборке.

Показано, что цитогенетическая реакция индивидов на различные факторы в значительной степени зависит от полиморфизма генов [2]. Нами была проведена оценка роли полиморфизма генов антиоксидантной защиты организма в формировании деструктивных нарушений ядра клеток буккального эпителия (таблица 3).

Таблица 3.

Распределение генотипов полиморфизма варианта Ala16Val гена SOD2 в зависимости от кариологических показателей

По результатам исследования ассоциации кариологических показателей деструкции ядра с полиморфизмом Ala16Val гена SOD2 выявлена более высокая частота встречаемости изучаемых показателей у гомозиготных по рецессивному аллелю индивидов. Вероятно, минорный вариант полиморфизма Ala16Val гена SOD2 усиливает процессы лизирования и деструктивных нарушений ядра, которые являются одним из показателей некроза и апоптоза клеток.

Таким образом, результаты настоящего исследования предоставили дополнительные доказательства того, что цементная пыль может вызывать хронический окислительный стресс, сопровождающийся структурными изменениями ядра. Роль полиморфизмов генов антиоксидантной защиты организма в формировании нарушений ядра клеток буккального эпителия может заключаться в усилении процессов, увеличивающих частоту цитогенетических, пролиферативных и деструктивных показателей структуры ядра. Эти результаты необходимо подтвердить более крупными исследованиями.

Список литературы:

1. Калаев B.H. Цитогенетический мониторинг: методы оценки загрязнения окружающей среды и состояния генетического аппарата организма / В.Н. Калаев, С.С. Карпова. – Воронеж, 2004. – 80 с.
2. Кузина Т.В., Галактионова М.Л. Анализ взаимосвязи цитогенетического гомеостаза и оксидативного стресса в организме бычковых рыб Северного Каспия // Юг России: экология, развитие. – 2018. – № 2.
3. Сычева Л.П. Биологическое значение, критерии определения и пределы варьирования полного спектра кариологических показателей при оценке цитогенетического статуса человека //Медицинская генетика. – 2007. – № 11. – С. 3–11.
4. Cannata A. Influence of the SOD2 A16V gene polymorphism on alterations of redox markers and erythrocyte membrane fatty acid profiles in patients with multiple chemical sensitivity / Attilio Cannata, Chiara De Luca, Giulia Andolina [et al.] // Biomedical reports. – 2021. – № 15. – P. 101.
5. Cruz-Juarez R.I. The environmental impact of cement production in Europe: A holistic review of existing EPDs / Roberto Ivan Cruz-Juarez, Stephen Finnegan // Cleaner Environmental Systems. – 2021. – Vol. 3. – 100053.
6. Ioannis M. Environmental and Health Impacts of Air Pollution. A Review / Manisalidis Ioannis, Stavropoulou Elisavet, Stavropoulos Agathangelos, Bezirtzoglou Eugenia // Frontiers in Public Health. – 2020. – Vol. 8. – 14 с.
7. Pournourmohammadi S., Khazaeli P., Eslamizad S., Tajvar A. et al. Study on the oxidative stress status among cement plant workers // Hum Exp Toxicol. – 2008. – № 27 (6). – P. 463–469.
8. Wang P., Zhu Y., Xi S., Li S. et al. Association between MnSOD Val16Ala polymorphism and cancer risk: evidence from 33,098 cases and 37,831 controls. Dis. Markers 2018, 3061974.