Простой и экономичный репортерный анализ оценивает химически индуцированные эпигенетические изменения

Химические вещества, используемые в качестве пищевых консервантов, ароматизаторов, красителей, пестицидов, косметики, чистящих средств и других промышленных материалов, все чаще признаются опасными для здоровья. Их широкое использование привело к росту распространенности различных заболеваний, вызванных химической токсичностью, включая гормональные нарушения, рак, неврологические расстройства, кожные заболевания и профессиональные отравления.

Многие химические вещества могут запускать канцерогенез, оказывая генотоксические эффекты (прямое или косвенное вмешательство в репликацию ДНК и процессы репарации повреждений, приводящее к мутациям и хромосомным аберрациям). Различные in vitro анализы на генотоксичность помогают оценить взаимодействие потенциальных канцерогенов с ДНК.

Помимо генотоксичности, в химически индуцированном канцерогенезе участвуют эпигенетические изменения — обратимые модификации ДНК и хроматина. Обычно метилирование ДНК (добавление метильных групп) подавляет экспрессию генов. Напротив, ацетилирование гистонов (белков, связывающих ДНК) открывает структуру хроматина, делая ДНК доступной для транскрипции.

Такие динамические эпигенетические изменения регулируют экспрессию генов. Известно, что такие химические вещества окружающей среды, как бисфенол А, мышьяк, кадмий, бензол, пестициды и другие канцерогены, могут индуцировать аномальные эпигенетические изменения при различных заболеваниях.

Ранее разработанные клеточные анализы детектируют эпигенетические изменения однонаправленно (инактивация/реактивация экспрессии гена) и не полностью отражают химически индуцированные изменения. Для эффективного обнаружения разнообразных эпигенетических воздействий химических веществ на клетки человека необходим гибкий двунаправленный анализ.

Чтобы решить эту проблему, группа исследователей из Университета Тиба и Национального института наук о здоровье (Япония) разработала новый эпи-генотоксический анализ для оценки эпигенетических изменений, вызванных канцерогенами.

Ассоц. профессор Акира Сасса объясняет: «В области биологии генома овладение техниками эпигенетического анализа является сложным и дорогостоящим, что затрудняет его использование для оценки безопасности химических веществ. Это побудило нас разработать общедоступный метод. Выяснение ранее неизвестных эпигенетических механизмов химического канцерогенеза может способствовать более безопасному использованию химических веществ во всем мире».

В основе работы лежит классический in vitro тест на генотоксичность — анализ мутаций в гене тимидинкиназы (TK-анализ). Исследователи ранее улучшили этот анализ, повысив его чувствительность. В текущем исследовании они разработали эпи-TK репортерный анализ, специфически метилировав промоторную область гена TK.

Способность эпи-TK анализа отражать глобальные эпигенетические изменения оценивали путем количественного определения «TK-реверсии» — экспансии клеток с метилированным (замолчанным) промотором TK после обработки ингибиторами ДНК-метилтрансфераз (DNMT).

Обработка ингибиторами DNMT приводила к деметилированию сайтов в промоторной области TK и увеличению числа ревертантных колоний. Кроме того, обработка 12-O-тетрадеканоилфорбол-13-ацетатом (TPA), широко изученным негенотоксичным канцерогеном, привела к значительному снижению частоты TK-ревертантов и уровня ацетилирования гистонов. Таким образом, эпи-TK анализ может отражать эпигенетические изменения, связанные как с подавлением, так и с активацией гена.

В отличие от сложного и дорогого секвенирования, эпи-TK репортерный анализ, разработанный в этом исследовании, предлагает более простой, экономичный и количественный подход к оценке эпи-геномной токсичности химических веществ.

Ассоц. профессор Сасса отмечает: «Наше исследование может улучшить понимание воздействия химических веществ на общественное здоровье и профилактику заболеваний, способствуя более безопасному управлению и использованию химических веществ».