Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector620310.17816/ecogen15334-41Genetic toxicologyГенетическая токсикологияResearch ArticleGenotoxic effects of N-nitrosodimethylamine in somatic and generative cells of miceГенотоксическое действие нитрозодиметиламина на соматические и генеративные клетки мышейLovinskayaAnna V.ЛовинскаяАнна Владимировна
Kazakhstan

Researcher worker, Faculty of Biology and Biotechnology, Laboratory of Mutagenesis Research

научный сотрудник лаборатории мутагенеза, факультет биологии и биотехнологии

annalovinska@rambler.ruKolumbayevaSaule Zh.КолумбаеваСауле Жанабаевна
Kazakhstan

Professor, Faculty of Biology and Biotechnology, Department of Molecular Biology and Genetics

профессор кафедры молекулярной биологии, факультет биологии и биотехнологии

saule.kolumbayeva@kaznu.kzKolomietsOksana L.КоломиецОксана Леонидовна
Russian Federation

Head of the Laboratory of Cytogenetics

заведующая лабораторией цитогенетики

olkolomiets@mail.ruAbilevSerikbay K.АбилевСерикбай Каримович
Russian Federation

Professor, Biologiсal faculty, Department of Genetics. Lomonosov Moscow State University; Deputy Director for Science. N.I. Vavilov Institute of General Genetics

профессор кафедры генетики, биологический факультет Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; заместитель директора по научной работе ФГБУН «Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова»

abilev@vigg.ruAl-Farabi Kazakh National UniversityКазахский национальный университет имени аль-ФарабиVavilov Institute of General GeneticsФГБУН «Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова» Российской академии наукLomonosov Moscow State UniversityФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»1509201715334410405201717072017Copyright ©; 2017, Lovinskaya A.V., Kolumbayeva S.Z., Kolomiets O.L., Abilev S.K.Copyright ©; 2017, Ловинская А.В., Колумбаева С.Ж., Коломиец О.Л., Абилев С.К.2017Lovinskaya A.V., Kolumbayeva S.Z., Kolomiets O.L., Abilev S.K.Ловинская А.В., Колумбаева С.Ж., Коломиец О.Л., Абилев С.К.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/6203

N-Nitrosodimethylamine (NDMA) was shown to have genotoxic properties in acute and subacute studies on laboratory mice. The organ-specificity of the genotoxic effect of NDMA was revealed using the Comet assay. The most sensitive organs to the action of NDMA were kidneys and liver. DNA damage in liver cells of NDMA-treated animals at doses of 4.0 and 8.0 mg/kg, increased compared to control in 6.9 and 12.5 (р < 0.001), and in kidney cells – in 8.1 and 14.2 times (р < 0.001), respectively. NDMA also showed genotoxic activity in the reproductive cells of experimental animals, causing structural disorders of synaptonemal complexes in spermatocyte. In NDMA-treated animals at a dose of 2.0 mg/kg in acute and subacute studies, the level of spermatocytes with damaged synaptonemal complexes increased statistically significantly compared to control in 6.0 and 7.0 (р < 0.05) times, respectively.

Установлено, что нитрозодиметиламин (НДМА) при остром и подостром воздействии на лабораторных мышей проявил генотоксические свойства. Выявлена органоспецифичность генотоксического действия НДМА с помощью метода ДНК-комет. Наиболее чувствительными органами к действию НДМА оказались почки и печень. Поврежденность ДНК в клетках печени животных, интоксицированных НДМА в дозах 4,0 и 8,0 мг/кг, по сравнению с контролем увеличилась в 6,9 и 12,5 (р < 0,001), а в клетках почек — в 8,1 и 14,2 раза (р < 0,001) соответственно. НДМА также проявил генотоксическую активность в половых клетках экспериментальных животных, вызывая нарушения структуры синаптонемных комплексов сперматоцитов. У животных, интоксицированных НДМА в дозе 2,0 мг/кг в остром и подостром опытах, уровень сперматоцитов с поврежденными синаптонемными комплексами статистически значимо возрос в 6,0 и 7,0 (р < 0,05) раза соответственно по сравнению с контролем.

N-nitrosodimethylamine (NDMA)DNA strand breakssynaptonemal complexнитрозодиметиламин (НДМА)генотоксичностьметод ДНК-кометразрывы ДНКсинаптонемный комплексРабота выполнена в рамках проекта МОН РК ГР № 0112РК00580, руководитель проекта - Колумбаева С.Ж; Работа частично финансировалась Программой Президиума РАН «Живая природа», руководитель проекта - Абилев С.К., и грантом РФФИ № 16-04-01447а, руководитель гранта - Коломиец О.Л.Работа выполнена в рамках проекта МОН РК ГР № 0112РК00580, руководитель проекта - Колумбаева С.Ж; работа частично финансировалась Программой Президиума РАН «Живая природа», руководитель проекта - Абилев С.К.; и грантом РФФИ № 16-04-01447а, руководитель гранта - Коломиец О.Л.1. Абилев С.К., Глазер В.М. Мутагенез с основами генотоксикологии: учебное пособие. – М.; СПб.: Нестор-История, 2015. – 304 с. [Abilev SK, Glazer VM. Mutagenez s osnovami genotoksikologii: uchebnoe posobie. Moscow; Saint Petersburg: Nestor-Istoriya; 2015. 304 p. (In Russ.)]2. Актуальный размер базы Chemical Abstracts Service (CAS), http://www.cas.org/content/chemical-substances (cited 24.04.2017).3. Абилев С.К., Глазер В.М. Генетическая токсикология: итоги и проблемы // Генетика. – 2013. – Т. 49. – № 1. – С. 81–93. [Abilev SK, Glaser VM. Genetic toxicology: fingings and challenges. Russian Journal of Genetics. 2013;49(1):70-80. (In Russ., Engl.)]. doi: 10.7868/S0016675813010025.4. Биологический контроль окружающей среды: генетический мониторинг: учеб. пособие / под ред. С.А. Гераськина, Е.И. Сарапульцевой. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 208 с. [Biologicheskii kontrol’ okruzhayushchei sredy: geneticheskii monitoring: ucheb. posobie / pod red. S.A. Geras’kina, E.I. Sarapul’tsevoi. Moscow: Izdatel’skii tsentr “Akademia”; 2010. 208 p. (In Russ.)]5. Mai H, Cachot J, Brune J, et al. Embryotoxic and genotoxic effects of heavy metals and pesticides on early life stages of Pacific oyster (Crassostrea gigas). Mar Pollut Bull. 2012;64(12):2663-2667. doi: 10.1016/j.marpolbul.2012.10.009.6. Kolumbayeva S, Begimbetova D, Shalakhmetova T, et al. Chromosomal instability in rodents caused by pollution from Baikonur cosmodrome. Ecotoxicology. 2014;23(7):1283-1291. doi: 10.1007/s10646-014-1271-1.7. de Lemos CT, Iranço F, de Oliveira NC, et al. Biomonitoring of genotoxicity using micronuclei assay in native population of Astyanax jacuhiensis (characiformes: Characidae) at sites under petrochemical influence. Science of the Total Environment. 2008;406:337-343.8. Pizzino G, Bitto A, Interdonato M, et al. Oxidative stress and DNA repair and detoxification gene expression in adolescents exposed to heavy metals living in the Milazzo-Valle del Mela area (Sicily, Italy). Redox Biology. 2014;2:686-693. doi: 10.1016/j.redox.2014.05.003.9. Carlsen L, Kenesov BN, Batyrbekova SYe, et al. Assessment of the mutagenic effect of 1,1-dimethyl hydrazine. Environmental Toxicology and Pharmacology. 2009;28(3):448-452. doi: 10.1016/j.etap.2009.08.004.10. Chen K-H, Wang, K-J, Wang K-M, et al. Applying Particle Swarm Optimization-Based Decision Tree Classifier for Cancer Classification on Gene Expression Data. Applied Soft Computing. 2014;24:773-780. doi: 10.1016/j.asoc.2014.08.032.11. Zampieri M, Ciccarone F, Palermo R, et al. The epigenetic factor BORIS/CTCFL regulates the NOTCH3 gene expression in cancer cells. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Gene Regulatory Mechanisms. 2014;1839(9):813-825. doi: 10.1016/j.bbagrm.2014.06.017.12. Guidelines for Canadian Drinking Water Quality: Guideline Technical Document N-Nitrosodimethylamine (NDMA). Ottawa: Health Canada; 2011.13. Осипенко Б.Г., Полякова Л.О. Нитрозодиметиламин — гепатотропный яд и канцероген: токсиколого-гигиенические аспекты его биологического действия (сообщение 1) // Сибирский медицинский журнал. – 2005. – Т. 53. – № 4. – С. 5–9. [Osipenko BG, Polyakova LO. Nitrosodimethylamine – hepatotropic toxin and carcinogene: Toxicological and hygienic aspects of its biological effect (Report 1). Sibirskii meditsinskii zhurnal. 2005;53(4):5-9. (In Russ.)]14. N-Nitrosodimethylamine in Drinking-water. Geneva: World Health Organization; 2008.15. Liviac D, Creus A, Marcos R. Genotoxic evaluation of the non-halogenated disinfection by-products nitrosodimethylamine and nitrosodiethylamine. Journal of Hazardous Materials. 2011;185(2-3):613-618. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.09.062.16. Hobbs ChA, Recio L, Streicker M, et al. Comet assay evaluation of six chemicals of known genotoxic potential in rats. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2015;786-788:172-181. doi: 10.1016/j.mrgentox.2015.03.003.17. Wagner ED, Hsua K-M, Lagunas A, et al. Comparative genotoxicity of nitrosamine drinking water disinfection byproducts in Salmonella and mammalian cells. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2012;741(1-2): 109-115. doi: 10.1016/j.mrgentox.2011.11.006.18. Ooka M, Takazawa H, Takeda Sh, et al. Cytotoxic and genotoxic profiles of benzo[a]pyrene and N-nitrosodimethylamine demonstrated using DNA repair deficient DT40 cells with metabolic activation. Chemosphere. 2016;144:1901-1907. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.10.085.19. Watanabe S, Kamiguchi Yu. Chromosome analysis of human spermatozoa following in vitro exposure to cyclophosphamide, benzo(a)pyrene and N-nitrosodimethylamine in the presence of rat liver S9. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2001;491(1-2):57-63. doi: 10.1016/S1383-5718(00)00170-4.20. Morrison V, Ashby J. Reconciliation of five negative and four positive reports of the activity of dimethylnitrosamine in the mouse bone marrow micronucleus assay. Mutagenes. 1994;9(4):361-365.21. Souliotis VL, van Delft JHM, Steenwinkel M-JoST, et al. DNA adducts, mutant frequencies and mutation spectra in λlacZ transgenic mice treated with N-nitrosodimethylamine. Carcinogenesis. 1998;19(5):731-739.22. Suzuki T, Itoh T, Hayashi M, et al. Organ variation in the mutagenicity of dimethylnitrosamine in Big Blue mice. Environ Mol Mutagen. 1996;28:348-353.23. Morales-Ramírez P, Vallarino-Kelly T. Pharmacokinetic parameters determined from the clastogenic activity of ethylnitrosourea and dimethylnitrosamine in mice in vivo. Mutation Research. 1998;412:315-322.24. Guide for the care and use of laboratory animals. 8ht ed. The National Academies Press; 2011. 246 p.25. ГОСТ Р53434-2009 «Принципы надлежащей лабораторной практики». – М.: Стандартинформ, 2010. 12 с. [GOST R53434-2009 “Printsipy nadlezhashchei laboratornoi praktiki”. Moscow: Standartinform; 2010. 12 p. (In Russ.)]26. Lijinsky W. Chemistry and Biology of N-nitroso-compounds. Cambridge: Cambridge Monographs on Cancer Research; 2011.27. Hartmann A, Agurell E, Beevers C. Recommendations for conducting the in vivo alkaline Comet assay. Mutagenesis. 2003;18(1):45-51. doi: 10.1093/mutage/18.1.45.28. Дурнев А.Д., Жанатаев А.К., Анисина Е.А., и др. Применение метода щелочного гель-электрофореза изолированных клеток для оценки генотоксических свойств природных и синтетических соединений: метод. рекомендации / утв. РАМН и РАСН. – М., 2006. – 27 с. [Durnev AD, Zhanataev AK, Anisina EA, et al. Primenenie metoda shchelochnogo gel’-elektroforeza izolirovannykh kletok dlya otsenki genotoksicheskikh svoistv prirodnykh i sinteticheskikh soedinenii: metod. rekomendatsii: utv. RAMN i RASN. Moscow; 2006. 27 p. (In Russ.)].29. Navarro J, Vidal F, Quitart M. A method for the sequental study of synaptonemal complex by light and electron microscopy. Human Genet. 1981;59:419-423.30. Kolomiets OL, Matveevsky SN, Bakloushinskaya IYu. Sexual dimorphism in prophase I of meiosis in mole vole (Ellobius talpinus Pallas) with isomorphic (XX) chromosomes in males and females. Comparative Cytogenetics. 2010;4(1):55-66.31. Anderson LK, Reeves A, Webb ML, Ashley T. Distribution of Crossing Over on Mouse Synaptonemal Complexes Using Immunofluorescent Localization of MLH1 Protein. Genetics. 1999;159(April):1569-1579.32. Duez P, Dehon G, Kumps A, Dubois J. Statistics of the Comet assay: a key to discriminate between genotoxic effects. Mutagenesis. 2003;18(2):159-166. doi: 10.1093/mutage/18.2.159.33. Gabridge MG, Legator MS. A host-mediated microbial assay for the detection of mutagenic compounds. Proc Soc Exp Biol. 1969;130:831-834.34. IARC. Monographs. N-Nitrosodimethylamine. 1987. Vol. 17, Supl. 7.35. The Carcinogenic Potency Database (CPDB), https://toxnet.nlm.nih.gov/cpdb/ (cited 28.06.2017).36. Худолей В.В. Канцерогены: характеристики, закономерности, механизмы действия. – СПб.: НИИ «Химия»; СПбГУ, 1999. – 419 c. [Khudolei VV. Kantserogeny: kharakteristiki, zakonomernosti, mekhanizmy deistviya. Saint Petersburg: NII “Khimiya”, SPbGU; 1999. 419 p.(In Russ.)].37. Sutton P, Perron J, Giudice LC, Woodruff TJ. Pesticides matter: a primer for reproductive health physicians. San Francisco (CA): University of California, San Francisco; 2011. 25 p.38. Baumgartner A, Kurzawa-Zegota M, Laubenthal J, et al. Comet-assay parameters as rapid biomarkers of exposure to dietary/environmental compounds — An in vitro feasibility study on spermatozoa and lymphocytes. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2012;743:25-35. doi: 10.1016/j.mrgentox.2011.12.027.39. Jan SZ, Hamer G, Repping S, et al. Molecular control of rodent spermatogenesis. Biochim Biophys Acta. 2012;1822(12):1838-50. doi: 10.1016/j.bbadis.2012.02.008.40. Tassistro V, Ghalamoun-Slaimi R, Saias-Magnan J, et al. Chronology of meiosis & synaptonemal complex abnormalities in normal & abnormal spermatogenesis. Indian J Med Res. 2009;129(3):268-278.41. Turner JM. Meiotic sex chromosome inactivation. Development. 2007;134(10):1823-31. doi: 10.1242/dev.000018.42. Guiraldelli MF, Eyster C, Wilkerson JL, et al. Mouse HFM1/Mer3 is required for crossover formation and complete synapsis of homologous chromosomes during meiosis. PLoS Genet. 2013;9(3): e1003383. doi: 10.1371/journal.pgen.1003383.