Наночастицы диоксида титана тонко влияют на гены окислительного стресса
Наночастицы диоксида титана (TiO2), широко используемые в пищевых продуктах, косметике, солнцезащитных кремах и других товарах, могут оказывать тонкое влияние на активность генов, экспрессирующих ферменты, которые борются с окислительным стрессом внутри клеток. Хотя наночастицы TiO2 считаются нетоксичными, поскольку не убивают клетки при низких концентрациях, эти клеточные эффекты могут усилить опасения по поводу долгосрочного воздействия наноматериала.
Исследователи из Технологического института Джорджии использовали методы высокопроизводительного скрининга для изучения влияния наночастиц TiO2 на экспрессию 84 генов, связанных с клеточным окислительным стрессом. Их работа показала, что на экспрессию шести генов, четыре из которых принадлежат к одному семейству, повлияло 24-часовое воздействие наночастиц.
Эффект наблюдался в двух разных типах клеток: в исследовательских раковых клетках человека HeLa и в линии клеток почек обезьяны. Полистирольные наночастицы, схожие по размеру и поверхностному электрическому заряду с TiO2, не вызывали аналогичного изменения экспрессии генов.
«Это важно, потому что все стандартные измерения здоровья клеток показывают, что клетки не страдают от этих наночастиц диоксида титана. Наши результаты демонстрируют более тонкое изменение в окислительном стрессе, которое может повредить клеткам или привести к долгосрочным изменениям», — говорит Кристин Пейн, соавтор исследования.
Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения США (NIH).
Методология и результаты
Учёные инкубировали клетки HeLa и клетки почек обезьяны с TiO2 в концентрациях в 100 раз ниже минимальной, известной для проявления эффектов на здоровье клеток. После 24 часов инкубации экспрессию 84 генов анализировали с помощью методов ПЦР и Вестерн-блоттинга.
Было обнаружено изменение экспрессии шести генов, включая четыре из семейства ферментов пероксиредоксинов, которые помогают клеткам расщеплять перекись водорода (H2O2) — побочный продукт окислительных процессов. Измеренный эффект был значительным: изменение экспрессии ферментов примерно на 50% по сравнению с контрольными клетками. Все тесты проводились в трёх повторностях с одинаковым результатом.
«Удивительно, что пострадало целое семейство белков, причём некоторые были повышены, а некоторые понижены. Почему они по-разному реагируют на наночастицы?» — отмечает соавтор Мелисса Кемп.
Механизм и перспективы
Исследователи предполагают, что взаимодействие может происходить через белковую коро́ну — слой сывороточных белков, которые адсорбируются на наночастицах в культуральной среде. Эти белки могут служить способом связывания наночастиц с клеточными рецепторами.
В будущей работе учёные планируют изучить, где именно в клетках находятся продуцируемые белки, возможно, с помощью репортёрного белка HyPer-Tau.
Выводы и значение
Исследование предполагает, что может потребоваться переоценка безопасности других наночастиц, которые считаются безопасными, но могут вызывать тонкие эффекты.
«Мы работали с такими низкими концентрациями, что это заставляет задуматься, что ещё может быть затронуто. Мы смотрели конкретно на окислительный стресс, но могут быть затронуты и другие гены», — говорит Кристин Пейн.
«Окислительный стресс связан со всеми видами воспалительных и иммунных ответов. Если модуляция экспрессии этих белков происходит одновременно с другими причинами окислительного стресса, может возникнуть кумулятивный эффект», — добавляет Мелисса Кемп.