Индукция экспрессии репортерных генов при воздействии ионизирующей радиации и токсинов на геном Drosophila melanogaster
DOI:
https://doi.org/10.26577/eb.2020.v84.i3.07Аннотация
В окружающей среде человека существует множество факторов, способных вызывать генотоксические и мутагенные эффекты, такие как ионизирующее излучение. Так радиоактивные вещества, как радон, торий, радий и их продукты распада в процессе разложения способны выделять не только высоко проникающее гамма-излучение, но и образовывать крупные тяжелые альфа-частицы. Альфа-частицы, обладая малой проникающей способностью, несут высокую энергию ионизации, примерно в 10 раз большую чем гамма-лучи. В связи с этим нами были проведены исследования генотоксических эффектов α-излучения с использованием тест-системы с репортерными генами на плодовой мушке Drosophila melanogaster. В природе основным источником альфа-частиц является бесцветные радиоактивный газ радон, его изотопы и дочерние продукты распада. Поскольку создавать достаточно интенсивные и направленные пучки α-излучения на долгоживущем изотопе радона – 222Rn технически затруднительно, то для моделирующих экспериментов был выбран изотоп 238Pu (Плутоний), имеющий необходимую α-линию при распаде равную 5,5 МэВ. Тестирование генотоксической активности альфа-частиц проводили на Drosophila melanogaster с предварительным констуированием генотипа, содержащего гены светящихся белков. Работа генетической конструкции основана на системе GAL4-UAS, часто используемой в исследованиях для определения экспрессии генов. В генотипе также присутствовали ген белка GADD45, синтезируемый при нарушении последовательности ДНК, и ген GFP (зеленый флуоресцентный белок). Эта комбинация генов позволяет наблюдать свечение органов и тканей дрозофилы после воздействия стрессового фактора. Чувствительность полученной конструкции заранее проверили с помощью химического мутагена цисплатина, который при высокой концентрации приводил к гибели личинок дрозофилы, а при низкой концентрации вызывали свечение органов. Личинок подвергали воздействию альфа-излучения в течение 20 часов. Анализ препаратов проводили на световом микроскопе с синим фильтром и наблюдали свечение органов личинок. Интенсивность свечения зависела от источника облучения, то есть, чем больше доза излучения, тем ярче было свечение, что коррелирует с уровнем синтеза светящегося белка. Это доказывает, что при воздействии на личинок дрозофил α-излучения от радона и его дочерних продуктов распада наблюдается генетический эффект.
Ключевые слова: альфа-излучение, радон, дрозофила, GFP, генотоксичность.
Библиографические ссылки
2 Bondarenko L.V., Dukel'skaya A.V. “Metody testirovaniya geneticheskoy aktivnosti faktorov okruzhayushchey sredy.” [“Testing methods for the genetic activity of environmental factors”] Ekologicheskaya genetika 5, no 1 (2007): 42-44. (In Rusian).
3 Shvartsman P.Y. “Indutsirovannyy somaticheskiy mozaitsizm u drozofily kak test-sistema dlya otsenki geneticheskoy aktivnosti faktorov okruzhayushchey sredy.” [“Induced somatic mosaicism in Drosophila as a test system for assessing the genetic activity of environmental factors”] Genetika 11, no 8 (1975): 171. (In Rusian).
4 Karam P. A., Stein B. P. Radioactivity. New York: Chelsea House, 2009.
5 Darby, S. “Radon: A likely carcinogen at all exposures.” Annals of Oncology 2. no 10 (2001): 1341-1351.
6 Torres-Durán M., Ruano-Ravina A., Parente-Lamelas I. et al. “Lung cancer in never-smokers: a case–control study in a radon-prone area (Galicia, Spain).” Eur Respir J 44, no 4 (2014): 850–852. doi: 10.1183/09031936.00017114.
7 Effects of Ionizing Radiation. UNSCEAR 2006 Report: Vol. II. Annex E: Sources-to-effects assessment for radon in homes and workplaces. New York, 2008.
8 Grachev N.N. “Sredstva i metody zashchity ot elektromagnitnykh i ioniziruyushchikh izlucheniy.” [“Means and methods of protection against electromagnetic and ionizing radiation”]. M.: izd-vo MIEM (2005) 215 p. (In Rusian).
9 Chalfie M. et al. “Green fluorescent protein as a marker for gene expression.” Science 263 (1994): 802-805.
10 Dubinin N.P., Sidorov B.N. “Zavisimost' deystviya gena ot yego polozheniya v sisteme.” [“Dependence of the action of a gene on its position in the system”] Biol zhurnal 3, no 2 (1934): 304–331. (In Rusian).
11 Zhimulev I.F., Belyayeva Y.S. “Geterokhromatin i effekt polozheniya gena i geneticheskiy saylensing.” [“Heterochromatin and gene position effect and genetic silencing”] Genetika 39, no 2 (2003): 187-201. (In Rusian).
12 Moskalev A., Shapovnikov M., Snezhkina A. et al. “Mining gene expression data for pollutants (dioxin, toluene, formaldehyde) and low dose of gamma-irradiation.” PLoS One 9, no 1 (2014): e86051.doi.org/10.1371/journal.pone.0086051
13 Guarente, L. “UASs and enhancers: common mechanism of transcriptional activation in yeast and mammals.”Cell 52 (1988): 303-305.
14 Webster N., Jin J. R. Green S. Hollis M. Chambon P. “The Yeast UASG is a transcriptional enhancer in human HeLa cells in the presence of the GAL4 trans-activator.”Cell 52, no 2 (1988): 169–178. doi:10.1016/0092-8674(88)90505-3.
15 Hildesheim J., Bulavin D.V., Anver M.R., et al. “Gadd45a protects against UV irradiation-induced skin tumors, and promotes apoptosis and stress signaling via MAPK and p53.” Cancer research 62 (2002): 7305–7315.
16 Liebermann D.A., Tront J.S., Sha X., et al. “Gadd45 stress sensors in malignancy and leukemia.” Critical reviews in oncogenesis 16 (2011): 129–140.
17 Mоskаlev А., Рlyusninа E., Shароshnikоv M. et аl. “The rоle оf D-GАDD45 in охidаtive, thermаl аnd genоtохiс stress resistаnсe.” Сell Сyсle 11, no 22 (2012): 4222-4241. DOI: 10.4161/cc.22545
18 Liebermann D. A., Hoffman B. “Gadd45 in stress signaling.” J Mol Signal 3 (2008): 1–8.
19 Tamura R.E., de Vasconcellos J.F., Sarkard D., Libermann T.A., Fisher P.B., Zerbinia L.F. “GADD45 proteins: central players in tumorigenesis.” Curr Mol Med 12 (2012): 634–651.
20 Guarente, L., Hoar E. “Upstream activation sites of the CYC1 gene of Saccharomyces cerevisiae are active when inverted but not when placed downstream of the “TATA box.” Proc Natl Acad Sci USA 81, no 24 (1984): 7860-7864.
21 Alberts B.A., Bray D.D., Lewis J.J. “Molecular cell biology: 3rd Edition.” Garland Science (March 1994) 1408 p.
22 Kоhler R. E. “Lоrds оf the fly: Drоsорhilа genetiсs аnd the eхрerimentаl life.” Сhiсаgо: University of Chicago Press (1994) 321 p.
23 Abilev S.K., Glazer V.M. “Mutagenez s osnovami genotoksikologii: Uchebnoye posobiye.” [“Mutagenesis with the basics of genotoxicology: Textbook.”] M.: SPb.: NestorIstoriya (2015) 304 p. (In Rusian).
24 Jamieson E. R. Lippard S. J. “Structure, Recognition, and Processing of Cisplatin−DNA Adducts.” Chemical Reviews 99, no 9 (1999): 2467-2498.
25 Morin X., Daneman R., Zavortink M., Chia W. “A protein trap strategy to detect GFP-tagged proteins expressed from their endogenous loci in Drosophila.” Proc Natl Acad Sci USA 98, no 26 (2001): 15050–15055.
