РЕЗЮМЕ. Інактивація деяких ділянок хроматину, гетерохроматинізація, може бути спричинена важким металом, свинцем. Нормальний рівень свинцю в крові дітей і дорослих перебуває в межах 0,1–0,2 мкм. Відомо, що вищі рівні, 0,5–5 мкм, мають шкідливий вплив на тканини травної, дихальної, нервової, ниркової та репродуктивної систем. Результати дослідження продемонстрували, що після введення PbCl2 у концентрації 0,5 × 10–3 M та 0,5 × 10–4 M з подальшою інкубацією впродовж 24 та 48 год у культурі лімфоцитів людини кількість хромосомних аберацій у клітині була значно вищою (результати гетерохроматинізації), ніж у контрольній групі. Вплив PbCl2 у концентрації 0,5 × 10–4 M впродовж 24-годинної інкубації продемонстрував, що активність хроматид 15-ї хромосоми, які формували зв’язки (15 > 21 > 22 = 14 > 13), та активність хроматид у поєднанні хромосом 15:15 (15 : 15 > 13 : 13 = 14 : 14 = 21 : 21 = 22 : 22) суттєво підвищились порівняно з контролем (21 > 14 > 22 > 13 > 15) (p < 0,01 та p < 0,001, відповідно). Отримані результати вказують на те, що низька доза (0,5 × 10–4 M) PbCl2 виявляє активність хроматид 15-ї хромосоми (характерної для раку грудей і легень) порівняно з високою мутагенною дозою (0,5 × 10–3 M), коли активність хроматид 15-ї хромосоми не спостерігається. Ми вважаємо, що епігенетична активність рибосомних цистронів у хроматидах 15-ї хромосоми пов’язана зі злоякісним ростом. Наше дослідження активності рибосомних цистронів у акроцентричних хроматидах при патології (рак грудей і легень, синдром Дауна) – це новий напрямок у медицині, який є внеском у розвиток превентивних заходів, діагностики захворювань і визначення нової стратегії лікування в майбутньому.
Ключові слова: іони свинцю (PbCl₂), рибосомні цистрони, хроматиди 15 хромосом, асоціація хроматиду
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
Baranov, V. and Kuznecova, T., Cytogenetics of Human Embryonic Development, Leningrad: Nauka, 2006.
Barciszewska, M., Szymanski, M., and Barciszewska, E., Lead toxicity through the leadzyme, Mutat. Res., 2005, vol. 589, pp. 103–110.
Bartova, E., Structure and epigenetics nucleoli compared with an unusual nucleolar compartment, J. Histochem. Cytochem., 2010, vol. 391, pp. 4033–4045.
Caudron-Herger, M. and Diederichs, S., Mitochondrial mutations inhuman cancer: curation of translation, RNA Biol., 2018, vol. 15, no. 1, pp. 62–69.
Caudron-Herger, M., Pankert, T., Seiler, J., et al., Alu element-containing RNAs maintain nucleolar structure and function, EMBO J., 2015, vol. 34, pp. 2758–2774.
Cong, R., Das, S., and Ugrinova, I., Interaction of nucleoli with ribosomal RNA genes and its role in RNA polymerase 1transcription, Nucleic. Acid. Res., 2012, vol. 19, pp. 9441–9454.
Connolly M., Paul, R., Farre-Garros, R., et al., miR-424–5p reduces ribosomal RNA and protein synthesis in muscle wasting, J. Cachexia Sarcopenia Muscle, 2018, vol. 9, pp. 400–416.
Donati, G. and Montanaro, L., Ribosome biogenesis and control of cell proliferation: p53 is not alone, Cancer Res., 2012, vol. 72, pp. 1602–1607.
Ellen, T., Kluz, T., Harder, M., et al., Heterochromatinization as a potential mechanism of nickel-induced carcinogenesis, Biochemistry, 2009, vol. 48, pp. 4626–4632.
Espada, J., Ballestar, E., Santoro, R., et al., Epigenetic disruption of ribosomal RNA genes and nucleolar architecture in DNA methyltransferase 1(Dnmt1) deficient cells, Nucleic Acids Res., 2007, vol. 35, pp. 2191–2198.
García-Lestón, J., Méndez, J., Pásaroet, E., et al., Genotoxic effects of lead: An updated review, Environ. Int., 2010, vol. 36, pp. 623–636.
Ginisty, H., Sicard, H., and Roger, B., et al., Structure and functions of nucleolin, J. Cell Sci., 1999, vol. 112, pp. 761–772.
Grummt, I. and Pikaard, C., Epigenetic mechanisms controlling RNA polymerase I transcription, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 2003, vol. 4, pp. 641–649.
Héliot, L., Mongelard, F., Klein, C., et al., Nonrandom distribution of metaphase Ag NOR staining patterns on human acrocentric chromosomes, J. Histochem. Cytochem., 2000, vol. 48, pp. 13–20.
Hemmaphan, S. and Bordeerat, N., Genotoxic effects of lead and their impact on the expression of DNA repair genes, Int. J. Environ. Res. Public Health, 2022, vol. 19, p. 4307.
Hirota, K., Miyoshi, T., Kugou, K., et al., Sterwise chromatin remodeling by a cascade of transcription initiation of non-coding RNA, Nature, 2008, vol. 456, pp. 130–134.
Kang, J., Brajanovski, N., Chan, K., et al., Ribosomal proteins and human diseases: molecular mechanisms and targeted therapy, Signal Transduct. Targeted Ther., 2021, vol. 6, p. 323.
Khatter, H., Myasnikov, A., Natchia, K., et al., Structure of the human 80S ribosome, Nature, 2015, vol. 520, pp. 640–645.
Kim, J., Dilthey, A., Nagaraja, R., et al., Variation in human chromosome 21ribosomal RNA genes characterized by TAR cloning and long-read sequencing, Nucleic Acids Res., 2018, vol. 46, pp. 6712–6725.
Lemos, B., Araripe, L., Hartl, D., et al., Polymorphic Y chromosomes harbor cryptic variation with manifold functional consequences, Science, 2008, vol. 319, pp. 91–93.
Lezhava, T., Human Chromosomes and Aging: from 80 to 114 Years, New York: Nova Sci., 2006.
Lezhava, T. and Khmaladze, E., Aneuploidy in human lymphocytes in extreme old age, Proc. Jpn. Acad. Ser., B, 1988, vol. 64, pp. 128–130.
Lezhava, T., Chitashvili, R., and Khmaladze, E., Use of the mathematical, “satellite model” for associations of acrocentric chromosomes depending on human age, Bio-Med. Comput., 1972, vol. 2, pp. 101–199.
Lezhava, T., Jokhadze, T., Monaselidze, J., et al., The functioning of “aged” heterochromatin, Edited by Tetsuji Nagata/Senescence, Intech. Open Sci., 2012, Chapter 26, pp. 631–664.
Lezhava, T., Buadze, T., Monaselidze, J., et al., Epigenetic changes of activity of the ribosomal cistrons of human acrocentric chromatids in fetuses, middle-aged (22–45 years) and old individuals (80–106 years), Cytol. Genet., 2020, vol. 54, pp. 233–242.
Lezhava, T., Buadze, T., Mikaia, N., et al., Epigenetic activation of ribosomal cistrons in chromatids of acrocentric chromosome 15in lung cancer, Cytol. Genet., 2021, vol. 55, pp. 491–497.
Lezhava, T., Buadze, T., Sigua, T., et al., Epigenetic activation of ribosomal cistrons in chromatids of acrocentric chromosome 15th in Ductal Breast cancer, Int. J. Pept. Res. Ther., 2023, vol. 29, pp. 1–9.
Lezhava, T., Buadze, T., and Sigua, N., et al., Epigenetic variability of ribosomal cistrons of acrocentric chromatids of chromosomes 14 in fetuses and newborns with down syndrome, Cytol. Genet., 2024, vol. 58, pp. 513–522.
Liu, Y. and Chern, Y., Contribution of energy dysfunction to impaired protein translation in neurodegenerative diseases, Front. Cell. Neurosci., 2021, vol. 15, pp. 1–13.
Malinovskaya, E., Ershova, E ., Golimbet, V., et al., Copy number of human ribosomal genes with aging: unchanged mean, but narrowed range and decreased variance in elderly group, Front. Genet, 2018, vol. 9, p. 306.
Mayer, C. and Grummt, I., Ribosome biogenesis and cell growth: Tor coordinates transcription by all three classes of nuclear RNA polymerases, Oncogene, 2006, vol. 48, pp. 6384–6391.
Mazin, A.L., Suicidal function of DNA methylation in age-related genome disintegration, Ageing Res. Rev., 2009, vol. 8, pp. 314–327.
McStay, B. and Grummt, I., The epigenetics of rRNA genes: from molecular to chromosome biology, Annu. Rev. Cell Dev. Biol., 2008, vol. 24, pp. 131–135.
Mohanta, L., Huque, A., Islam, D., et al., Accumulation of heavy metals in long-evans rat through feeding fishes of Buriganga river and their histopathological evaluation, Biol. Trace Element Res., 2022, vol. 201, pp. 1–13.
Németh, A. and Längst, G., Genome organization in and around the nucleolus, Trends Genet., 2011, vol. 4, p.149–156.
Olson, M., The Nucleolus, Spinger Science, 2011, pp. 3–103.
Pathak, A., Tomar, S., and Pathak, S., Epigenetics and Cancer: A Comprehensive Review, Asian Pac. J. Cancer Biol., 2023, vol. 8, pp. 75–89.
Porokhovnik, L. and Gerton, J., Ribosomal DNA-connecting ribosome biogenesis and chromosome biology, Chromosome Res., 2019, vol. 27, pp. 1–3.
Porokhovnik, L. and Lyapunova, N., Dosage effects of human ribosomal genes (rDNA) in health and disease, Chromosome Res., 2019, vol. 27, pp. 5–17.
Prokofyeva-Belgovskaya, A., Heterochromatin Regions of Chromosomes, Moscow: Nauka, 1986.
Savkur, R. and Olson, M., Protein B23 endoribonuclease could play a role in pre-rRNA processing, Nucleic Acids Res., 1998, vol. 26, pp. 4508–4515.
Schmitz, K., Schmitt, N., Hoffmann-Rohrer, U., et al., TAF12 recruitsGadd45a and the nucleotide excision repair complex to the promoter of rRNA genes leading to active DNA demethylation, Mol. Cell, 2009, vol. 33, pp. 344–353.
Silbergeld, E., Facilitative mechanisms of lead as a carcinogen, Mutat. Res., 2003, vol. 533, pp. 121–133.
Sluis, M., Vuuren, C., Mangan, H., et al., NORs on human acrocentric chromosome p-arms are active by default and can associate with nucleoli independently of rDNA, PNAS, 2020, vol. 117, pp. 10368–10377.
Storck, S., Shukla, M., Dimitrov, S., et al., Functions of the histone chaperone nucleolin in diseases, in Subcellular Biochemistry, 2007, vol. 41, pp. 125–144.
Sullivan, G., Bridger, G., Cuthbert, A., et al., Human acrocentric chromosomes with transcriptionally silent nucleolar organizer regions associate with nucleoli, EMBO J., 2001, vol. 20, pp. 2867–2877.
Todorova, T., Parvanova, P., Boyadzhiev, K., et al., Genotype differences towards lead chloride harmful action, BioRisk, 2023, vol. 20, pp. 37–57.
Yedjou, C., Milner, J., Howard, C., et al., Basic apoptotic mechanisms of lead toxicity in human leukemia (Hl-60) cells, Int. J. Environ. Res. Public Health, 2010, vol. 7, pp. 2008–2017.