Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman64026810.47470/0016-9900-2020-99-9-990-995EXPERIMENTAL INVESTIGATIONSЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯTranscriptional activity of metallothionein genes in acute poisoning caused by cadmium chlorideТранскрипционная активность генов металлотионеинов при остром отравлении хлоридом кадмияhttps://orcid.org/0000-0002-1848-7959ZiatdinovaMunira M.ЗиатдиноваМунира Мунировна
Russian Federation

MD, junior researcher of the Department of Toxicology and Genetics with an experimental laboratory of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology, Ufa, 450106, Russian Federation.

у-mail: munira.munirovna@yandex.ru

Мл. науч. сотр. отдела токсикологии и генетики ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» Роспотребнадзора, 450106, Уфа.

e-mail: munira.munirovna@yandex.ru

munira.munirovna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6605-9994ValovaYana V.ВаловаЯ. В.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-7456-4787MukhammadiyevaGuzel F.МухаммадиеваГ. Ф.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-5455-6472UsmanovaElza N.УсмановаЭ. Н.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0003-0039-6757KarimovDenis O.КаримовД. О.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0001-5596-8180KhusnutdinovaNadezhda Yu.ХуснутдиноваН. Ю.
Russian Federation
https://orcid.org/0000-0002-1856-3173Bajgil’DinSamat S.БайгильдинС. С.
Russian Federation
Ufa Research Institute of Occupational Health and Human EcologyФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»2009202099999099529102024Copyright ©; 2024, Ziatdinova M.M., Valova Y.V., Mukhammadiyeva G.F., Usmanova E.N., Karimov D.O., Khusnutdinova N.Y., Bajgil’Din S.S.Copyright ©; 2024, Зиатдинова М.М., Валова Я.В., Мухаммадиева Г.Ф., Усманова Э.Н., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Байгильдин С.С.2024Ziatdinova M.M., Valova Y.V., Mukhammadiyeva G.F., Usmanova E.N., Karimov D.O., Khusnutdinova N.Y., Bajgil’Din S.S.Зиатдинова М.М., Валова Я.В., Мухаммадиева Г.Ф., Усманова Э.Н., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Байгильдин С.С.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/640268

Introduction. Cadmium is one of the most toxic heavy metals widely distributed in the environment. It has a long half-life, leading to its accumulation in various organs, which in turn is the cause of many adverse effects on human health.

Material and methods. Acute toxic poisoning with cadmium chloride was simulated on white outbred male rats, divided into groups depending on the exposure time. Samples of liver and kidney tissues were used as study materials, in the homogenate of which the level of mRNA of metallothionein genes was determined.

Results. It was found that the maximum value of the multiplicity of MT1 gene expression in the liver was reached after 6 hours (16.36 ± 0.77; p <0.001), and in the kidneys one day after intoxication with cadmium chloride (6.12 ± 0.43; p <0.001). The activity of the MT2 gene in the liver was most pronounced in the range of 2-4 hours (14.35 ± 1.73; 14.78 ± 1.44; p <0.001), while in the renal tissues an increase in the amount of mRNA was recorded after 24 hours (7.32 ± 0.63; p <0.001). The level of MT3 gene transcripts in liver tissues was decreased throughout the experiment, however, the opposite picture was observed in the kidney tissue, where the maximum was reached one day after the administration of the toxicant (6.14 ± 0.31; p <0.001).

Conclusion. Thus, an increase in metallothionein expression in response to the presence of heavy metal ions in the body can be used as a genetic marker in case of poisoning with various compounds.

Введение. Кадмий входит в число наиболее токсичных тяжёлых металлов, широко распространённых в окружающей среде. Он обладает длительным периодом полураспада, приводя к накоплению его в различных органах, что в свою очередь является причиной возникновения многих неблагоприятных последствий для здоровья человека.

Материал и методы. Моделирование острого токсического отравления хлоридом кадмия производили на белых беспородных крысах мужского пола, разделённых на группы в зависимости от времени экспозиции. В качестве материалов исследования использовали образцы тканей печени и почек, в гомогенате которых определяли уровень мРНК генов металлотионеинов.

Результаты. Установлено, что максимальное значение кратности экспрессии гена МТ1 в печени достигалось спустя 6 ч (16,36 ± 0,77; p < 0,001), а в почках по прошествии суток после интоксикации хлоридом кадмия (6,12 ± 0,43; p < 0,001). Активность гена МТ2 в печени была наиболее выраженной в интервале 2–4 ч (14,35 ± 1,73; 14,78 ± 1,44; p < 0,001), в то время как в почечных тканях увеличение количества мРНК зафиксировано спустя 24 ч (7,32 ± 0,63; р < 0,001). Уровень транскриптов гена МТ3 в тканях печени был понижен на всём протяжении эксперимента, однако в почечной ткани отмечена противоположная картина, где максимум достигался спустя сутки после введения токсиканта (6,14 ± 0,31; р < 0,001).

Заключение. Таким образом, повышение экспрессии металлотионеина в ответ на присутствие в организме ионов кадмия может применяться в качестве генетического маркера при отравлении его солями.

cadmium chlorideexpressionacute intoxicationmetallothioneinsхлорид кадмияэкспрессияострая интоксикацияметаллотионеиныNair A.R., Degheselle O., Smeets K., Van Kerkhove E., Cuypers A. Cadmium-Induced Pathologies: Where is the oxidative balance lost (or not)? Int. J. Mol. Sci. 2013; 14(3): 6116–43. https://doi.org/10.3390/ijms14036116Nair A.R., Degheselle O., Smeets K., Van Kerkhove E., Cuypers A. Cadmium-Induced Pathologies: Where is the oxidative balance lost (or not)? Int. J. Mol. Sci. 2013; 14(3): 6116-43. https://doi.org/10.3390/ijms14036116Agency for Toxic Substances and Disease Registry. ATSDR’s Substance Priority List; 2019. Available at: https://www.atsdr.cdc.gov/spl/index.htmlKrivosheev A.B., Poteryaeva E.L., Krivosheev B.N., Kupriyanova L.Ya., Smirnova E.L. Toxic effects of cadmium on the human body (literature review). Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2012; (6): 35–42. (in Russian)Кривошеев А.Б., Потеряева Е.Л., Кривошеев Б.Н., Куприянова Л.Я., Смирнова Е.Л. Токсическое действие кадмия на организм человека. Медицина труда и промышленная экология. 2012; (6): 35-42Buha A., Matovic V., Antonijevic B., Bulat Z., Curcic M., Renieri E.A., et al. Overview of cadmium thyroid disrupting effects and mechanisms. Int. J. Mol. Sci. 2018; 19(5): 1501. https://doi.org/10.3390/ijms19051501Thirumoorthy N., Shyam Sunder A., Manisenthil Kumar K., Senthil Kumar M., Ganesh G., Chatterjee M. A review of metallothionein isoforms and their role in pathophysiology. World J. Surg. Oncol. 2011; 9: 54. https://doi.org/10.1186/1477-7819-9-54International Agency for Research on Cancer. List of classifications, Volumes 1–122. Available at: https://monographs.iarc.fr/list-of-classifications-volumes/International Agency for Research on Cancer. List of classifications, Volumes 1-122. Available at: https://monographs.iarc.fr/list-of-classifications-volumes/Pal D., Suman S., Kolluru V., Sears S., Das T.P., Alatassi H., et al. Inhibition of autophagy prevents cadmium-induced prostate carcinogenesis. Br. J. Cancer. 2017; 117(1): 56–64. https://doi.org/10.1038/bjc.2017.143Pal D., Suman S., Kolluru V., Sears S., Das T.P., Alatassi H., et al. Inhibition of autophagy prevents cadmium-induced prostate carcinogenesis. Br. J. Cancer. 2017; 117(1): 56-64. https://doi.org/10.1038/bjc.2017.143Pykhteeva E.G. Metallotionein: biological functions 3. practical application of metallotionein and his diagnostic value. Aktual’nye problemy transportnoy meditsiny. 2010; (2): 58–63. (in Russian)Пыхтеева Е.Г. Металлотионеин: биологические функции 3. Практическое применение металлотионеина и его диагностическое значение. Актуальные проблемы транспортной медицины. 2010; (2): 58-63Hamer D.H. Metallothionein. Annu. Rev. Biochem. 1986; 55: 913–51. https://doi.org/10.1146/annurev.bi.55.070186.004405Hamer D.H. Metallothionein. Annu. Rev. Biochem. 1986; 55: 913-51. https://doi.org/10.1146/annurev.bi.55.070186.004405Vašák M., Meloni G. Mammalian metallothionein-3: new functional and structural insights. Int. J. Mol. Sci. 2017; 18(6): 1117. https://doi.org/10.3390/ijms18061117Ryspekova N.N., Nurmukhambetov A.N., Balabekova M.K., Akanov A.A. Metallothioneins and their role in adaptation to damaging factors. Vestnik Kazakhskogo Natsional’nogo meditsinskogo universiteta. 2014; (1): 298–303. (in Russian)Рыспекова Н.Н., Нурмухамбетов А.Н., Балабекова М.К., Аканов А.А. Металлотионеины и их роль в адаптации к действию повреждающих факторов (Обзор литературы). Вестник Казахского Национального медицинского университета. 2014; (1): 298-303.Bezruchko N.V., Rubtsov G.K., Grigor’eva O.M. Metallothionein: relationship with oxidative modification of proteins and lipids, monitoring methods. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta. 2015; (11): 161–8. (in Russian)Безручко Н.В., Рубцов Г.К., Григорьева О.М. Металлотионеины: взаимосвязь с окислительной модификацией белков и липидов, методы мониторинга. Вестник Томского государственного педагогического университета. 2015; (11): 161-8.Sharma S., Rais A., Sandhu R., Nel W., Ebadi M. Clinical significance of metallothioneins in cell therapy and nanomedicine. Int. J. Nanomedicine. 2013; 8: 1477–88. https://doi.org/10.2147/ijn.s42019Sharma S., Rais A., Sandhu R., Nel W., Ebadi M. Clinical significance of metallothioneins in cell therapy and nanomedicine. Int. J. Nanomedicine. 2013; 8: 1477-88. https://doi.org/10.2147/ijn.s42019Ruttkay-Nedecky B., Nejdl L., Gumulec J., Zitka O., Masarik M., Eckschlager T., et al. The role of metallothionein in oxidative stress. Int. J. Mol. Sci. 2013; 14(3): 6044–66. https://doi.org/10.3390/ijms14036044Ruttkay-Nedecky B., Nejdl L., Gumulec J., Zitka O., Masarik M., Eckschlager T., et al. The role of metallothionein in oxidative stress. Int. J. Mol. Sci. 2013; 14(3): 6044-66. https://doi.org/10.3390/ijms14036044Takahashi S. Molecular functions of metallothionein and its role in hematological malignancies. J. Hematol. Oncol. 2012; 5: 41. https://doi.org/10.1186/1756-8722-5-41Kimura T., Kambe T. The functions of metallothionein and ZIP and ZnT transporters: an overview and perspective. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(3): 336. https://doi.org/10.3390/ijms17030336Klaassen C.D., Liu J. Metallothionein transgenic and knock-out mouse models in the study of cadmium toxicity. J. Toxicol. Sci. 1998; (23 Suppl. 2): 97–102. https://doi.org/10.2131/jts.23.supplementii_97Klaassen C.D., Liu J. Metallothionein transgenic and knock-out mouse models in the study of cadmium toxicity. J. Toxicol. Sci. 1998; (23 Suppl. 2): 97-102. https://doi.org/10.2131/jts.23.supplementii_97Liu Y.P., Liu J., Palmiter R.D., Klaassen C.D. Metallothionein-I-transgenic mice are not protected from acute cadmium–metallothionein-induced nephrotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1996; 137(2): 307–15. https://doi.org/10.1006/taap.1996.0085Liu Y.P., Liu J., Palmiter R.D., Klaassen C.D. Metallothionein-I-transgenic mice are not protected from acute cadmium-metallothionein-induced nephrotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1996; 137(2): 307-15. https://doi.org/10.1006/taap.1996.0085Sandbichler A.M., Höckner M. Cadmium protection strategies—a hidden trade-off? Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(1): 139. https://doi.org/10.3390/ijms17010139Sandbichler A.M., Höckner M. Cadmium protection strategies-a hidden trade-off? Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(1): 139. https://doi.org/10.3390/ijms17010139Lu J., Jin T., Nordberg G., Nordberg M. Metallothionein gene expression in peripheral lymphocytes from cadmium-exposed workers. Cell Stress Chaperones. 2001; 6(2): 97–104. https://doi.org/10.1379/1466-1268(2001)006%3C0097:mgeipl%3E2.0.co;2Lu J., Jin T., Nordberg G., Nordberg M. Metallothionein gene expression in peripheral lymphocytes from cadmium-exposed workers. Cell Stress Chaperones. 2001; 6(2): 97-104. https://doi.org/10.1379/1466-1268(2001)006%3C0097:mgeipl%3E2.0.co;2Andjelkovic M., Buha Djordjevic A., Antonijevic E., Antonijevic B., Stanic M., Kotur-Stevuljevic J., et al. Toxic effect of acute cadmium and lead exposure in rat blood, liver, and kidney. J. Environ. Res. Public Health. 2019; 16(2): 274. https://doi.org/10.3390/ijerph16020274Ren X.Y., Zhou Y., Zhang J.P., Feng W.H., Jiao B.H. Expression of metallothionein gene at different time in testicular interstitial cells and liver of rats treated with cadmium. World J. Gastroenterol. 2003; 9(7): 1554–8. https://doi.org/10.3748/wjg.v9.i7.1554Ren X.Y., Zhou Y., Zhang J.P., Feng W.H., Jiao B.H. Expression of metallothionein gene at different time in testicular interstitial cells and liver of rats treated with cadmium. World J. Gastroenterol. 2003; 9(7): 1554-8. https://doi.org/10.3748/wjg.v9.i7.1554Hozumi I., Suzuki J.S., Kanazawa H., Hara A., Saio M., Inuzuka T., et al. Metallothionein-3 is expressed in the brain and various peripheral organs of the rat. Neurosci. Lett. 2008; 438(1): 54–8. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2008.04.047Hozumi I., Suzuki J.S., Kanazawa H., Hara A., Saio M., Inuzuka T., et al. Metallothionein-3 is expressed in the brain and various peripheral organs of the rat. Neurosci. Lett. 2008; 438(1): 54-8. https://doi.org/10.1016/j.neulet.2008.04.047