Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих

Рассмотрены разные типы цитогенетических аномалий, используемые в классической цитогенетике для оценки уровня повреждения хромосомного аппарата. Обсуждены возможные причины возникновения различных типов цитогенетических аномалий, а также разнообразие методов микроядерного теста. Показано, что разные...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2008
Автор:	Ковалева, О.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України 2008
Теми:	Обзорные статьи
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8044
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих / О.А. Ковалева // Цитология и генетика. — 2008. — Т. 42, № 1. — С. 58-72. — Бібліогр.: 78 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-8044
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-80442010-04-27T12:01:51Z Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих Ковалева, О.А. Обзорные статьи Рассмотрены разные типы цитогенетических аномалий, используемые в классической цитогенетике для оценки уровня повреждения хромосомного аппарата. Обсуждены возможные причины возникновения различных типов цитогенетических аномалий, а также разнообразие методов микроядерного теста. Показано, что разные уровни организации генетического материала (нуклеотидный, хромосомный, надхромосомный) оказывают влияние на процессы реализации дефекта нуклеотидной последовательности в цитогенетическую аномалию. Розглядаються різні типи цитогенетичних аномалій, які використовують в класичній цитогенетиці для оцінки рівня пошкодження хромосомного апарату. Обговорюються можливі причини виникнення різних типів цитогенетичних аномалій, а також різноманіття методів мікроядерного тесту. Показано, що різні рівні організації генетичного матеріалу (нуклеотидний, хромосомний, надхромосомний) впливають на процеси реалізації дефекту нуклеотидної послідовності в цитогенетичну аномалію. The different types of cytogenetic abnormalities are considered which are used in classic cytogenetics for the estimation of the levels of chromosome apparatus damages. The possible causes of cytogenetic anomalies and a number of methods of micronucleus tests are discussed. It was shown that the different levels of genetic material organization influence the realization of DNA defects into cytogenetic abnormality. 2008 Article Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих / О.А. Ковалева // Цитология и генетика. — 2008. — Т. 42, № 1. — С. 58-72. — Бібліогр.: 78 назв. — рос. 0564-3783 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8044 575.15 ru Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Обзорные статьи Обзорные статьи
spellingShingle	Обзорные статьи Обзорные статьи Ковалева, О.А. Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
description	Рассмотрены разные типы цитогенетических аномалий, используемые в классической цитогенетике для оценки уровня повреждения хромосомного аппарата. Обсуждены возможные причины возникновения различных типов цитогенетических аномалий, а также разнообразие методов микроядерного теста. Показано, что разные уровни организации генетического материала (нуклеотидный, хромосомный, надхромосомный) оказывают влияние на процессы реализации дефекта нуклеотидной последовательности в цитогенетическую аномалию.
format	Article
author	Ковалева, О.А.
author_facet	Ковалева, О.А.
author_sort	Ковалева, О.А.
title	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
title_short	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
title_full	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
title_fullStr	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
title_full_unstemmed	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
title_sort	цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих
publisher	Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Обзорные статьи
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/8044
citation_txt	Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих / О.А. Ковалева // Цитология и генетика. — 2008. — Т. 42, № 1. — С. 58-72. — Бібліогр.: 78 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kovalevaoa citogenetičeskieanomaliivsomatičeskihkletkahmlekopitaûŝih
first_indexed	2025-07-02T10:47:11Z
last_indexed	2025-07-02T10:47:11Z
_version_	1836531824132620288
fulltext	58 ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 Рассматриваются разные типы цитогенетических аномалий, используемые в классической цитогенетике для оценки уровня повреждения хромосомного аппарата. Обсуждаются возможные причины возникновения различ� ных типов цитогенетических аномалий, а также разно� образие методов микроядерного теста. Показано, что разные уровни организации генетического материала (нуклеотидный, хромосомный, надхромосомный) оказыва� ют влияние на процессы реализации дефекта нуклеотид� ной последовательности в цитогенетическую аномалию. Введение Первые исследования мутационных спект� ров в соматических клетках относятся к нача� лу ХХ века. С тех пор цитогенетические ис� следования широко используются для оценки мутационных событий, в том числе и у видов млекопитающих. При анализе мутационных спектров в сома� тических клетках как у мелких млекопитаю� щих, так и у человека определенную трудность составляет выбор исследуемой ткани. Описаны выраженные различия по стабильности хро� мосомного аппарата клеток млекопитающих в зависимости от уровня и направления их ци� тодифференцировки. Так, например, установ� лено, что В�лимфоциты более чувствительны к радиационным повреждениям, чем Т�лимфо� циты [1], а в контрольной популяции Т�лимфо� цитов в два раза выше частота сестринских хроматидных обменов, чем у В�лимфоцитов [2]. Выявляются множественные хромосомные аномалии в клетках кожи больных семейной формой меланомы (соответствующий ген ло� кализирован в хромосоме 1 человека), но не в лимфоцитах тех же больных [3]. Обнаруже� ны различия в частотах хромосомных анома� лий у разных клонов лимфоцитов, получен� ных от одного и того же донора [4]. Частота встречаемости реципрокных транслокаций после ионизирующего облучения не изменя� ется со временем в различных тканях мышей, однако через неделю после облучения возрас� тает в клетках костного мозга, после чего оста� ется постоянной [5]. При отсутствии лабораторных условий в некоторых случаях для быстрой диагностики генетического благополучия удобны экспресс� методы с использованием микроядерного тес� та. У человека подсчет микроядер проводится среди популяций лимфоцитов и эритроцитов, в клетках эпителиальных тканей. Преимущес� тва микроядерного теста в клетках, например, буккального эпителия заключаются в просто� те взятия материала в полевых условиях, срав� нительно небольших временных и материаль� ных затратах и, следовательно, в возможности обработать достаточно большой массив дан� ных [6, 7]. Микроядерный тест в клетках пе� риферической крови также удобен в полевых условиях при исследовании разных видов жи� вотных [8]. Преимущества и недостатки мик� роядерного теста будут рассмотрены ниже. Обзорные статьи УДК 575.15 О.А. КОВАЛЕВА Институт агроэкологии Украинской академии аграрных наук, Киев ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ В СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТКАХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ © О.А. КОВАЛЕВА, 2008 Более трудоемкими методами анализа пов� реждений генетического материала соматичес� ких клеток являются цитогенетический анализ периферических лимфоцитов у человека и ана� лиз клеток костного мозга у животных. При таких исследованиях необходимы лаборатор� ные условия: для культивирования клеток ис� следуемых тканей, периферической крови, за� боя животных и выделения костного мозга. В то же время разнообразие рассматриваемых цитогенетических параметров на разных ста� диях митоза позволяет получить более объек� тивную по сравнению с микроядерным тес� том картину состояния различных характе� ристик хромосомного аппарата. Гетерогенность типов хромосомных аберраций Хромосомные аберрации возникают в ре� зультате повреждений ДНК, которые приводят к разрыву двойной спирали. При изучении про� цессов репарации ДНК установлено много ви� дов первичных повреждений ДНК, приводящих к появлению одно� и двунитевых разрывов: повреждения оснований, сшивки ДНК�ДНК и ДНК�белок, алкилирования оснований или фосфатных групп, интеркаляции, тиминовые димеры, апуриновые или апиримидиновые сайты. Эти повреждения могут или репариро� ваться, или фиксироваться, при этом либо об� новляется оригинальная последовательность оснований, либо возникают генные мутации, хромосомные аберрации [9]. Проведенными исследованиями установлено, что более чувст� вительны к облучению эухроматиновые сег� менты, теломеры, а также участки хромосом, в которых локализованы гены, ассоциирован� ные с онкологической патологией [10]. Существует еще теория о том, что для воз� никновения хромосомной аберрации недоста� точно наличия двойного разрыва молекулы ДНК, а необходим также, по�видимому, од� новременный разрыв и матриксной белковой осевой структуры или нарушение ее ресинтеза после частичной деполимеризации в ходе под� готовки к митозу [11]. Было показано, что воз� действие малых доз ионизирующего излуче� ния приводит к увеличению количества ДНК� белковых сшивок, которые представляют со� бой некоторую форму клеточного ответа на повреждение ДНК [12]. Предполагается, что нарушения непрерыв� ности ДНК могут сохраняться и проявляться в метафазе в виде разрывов. Альтернативой это� му является возможность ликвидации разры� вов в результате репарационных процессов, и тогда в хромосоме не будут наблюдаться ви� димые структурные изменения [13]. Если два разрыва ДНК совпадают во времени и про� странстве интерфазного ядра, то разорванные участки могут объединяться между собой с воз� никновением обменных конфигураций [14]. Химические модификации ДНК, которые в процессе метаболических превращений могут реализовываться в структурные аберрации хро� мосом (CAX), принято называть потенциаль� ными повреждениями (ПП) [14]. Показано, что радиационно�индуцированные ПП реали� зуются в структурные аберрации хромосом в митозе; превращения ПП в интерфазе, в том числе их репарация, не сопровождаются воз� никновением САХ – это безаберрантные про� цессы [13]. Установлено, что при действии in vitro разных видов ионизирующего облучения индуцируются повреждения хромосом на всех стадиях клеточного цикла и приводят к обра� зованию аберраций как хромосомного, так и хроматидного типа. Наибольшей радиочув� ствительностью in vitro обладает G2�стадия, наименьшей – S�стадия; G0� и G1�стадии за� нимают промежуточное положение. За счет блокирования клеток в G2�периоде происхо� дит увеличение продолжительности интерфазы [15]. Обнаружены достоверные различия по частоте встречаемости хромосомных аберра� ций, анализируемых в интерфазе (после репа� рации) и метафазе после ионизирующего об� лучения. Эти различия могут объясняться продолжительностью митоза и/или интерфаз� ной смертью [16]. По мнению Лебедевой [13], индукторами G2�блока являются ПП: подобно тому, как ре� парация ДНК активируется только при нали� чии химических модификаций в ДНК, так G2� блок характерен только для тех клеток, кото� рые имеют ПП, и как внеплановый синтез ДНК, так и задержка вступления в митоз при G2�блоке может свидетельствовать о наличии ПП в хромосомах. При радиационном действии к числу ПП принято относить двунитевые разрывы ДНК 59ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих [14]. В этой работе представлены расчеты, позволяющие предполагать, что в клетках мыши они возникают с частотой 0,06 разры� ва на 1 рад. Допустив, что двунитевые разрывы ДНК являются индукторами G2�блока, можно предвидеть высокую частоту задержки клеток в G2�периоде, которая приближается к 100 % при дозах 25–50 сГр. При дальнейшем повы� шении дозы увеличивается не столько число клеток с ПП, зависящее от пула делящихся клеток, сколько число ПП в одной клетке. Это требует большего времени для освобождения клеток от ПП, и можно ожидать, что в этом ди� апазоне доз с ростом дозы будет увеличиваться не столько число клеток, блокированных в G2� периоде, сколько продолжительность блока. Точки разрывов хромосом при образовании хромосомных маркеров и структурных пере� строек («горячие точки»), как правило, выяв� ляют в G�дисках хромосом. Распределение «горячих точек» в хромосомах является важ� ной характеристикой кариотипа, которая от� ражает нестабильность отдельных районов хромосом. Аберрации бывают хроматидного и хромо� сомного типа: первые затрагивают одну хрома� тиду, другие – обе хроматиды, причем показа� но, что как у жителей зоны отчуждения ЧАЭС, так и у жителей «чистого» региона преоблада� ют аберрации хроматидного типа (в среднем до 79 %) [17]. Разрывы отличаются от обменных конфи� гураций по их физическому виду в метафазе и являются настоящими повреждениями не� прерывности хромосомы с четким сдвигом фрагментов, включая также фрагменты, хро� мосомное происхождение которых иногда не� возможно установить. Обменные конфигура� ции можно разделить на внутрихромосомные, т.е. те, которые возникли внутри хромосомы, и межхромосомные, т.е. обмены участками меж� ду двумя хромосомами. Классификация внут� ренних и межхромосомных обменов применя� ется в отношении аберраций как хромосомно� го, так и хроматидного типа. В зависимости от локализации первичного разрыва и характера следующих соединений возможна дальнейшая классификация обменов, которые включают такие варианты, как симметричные и несим� метричные, полные и неполные. Большинство аберраций, которые наблюда� ются в первой метафазе после действия гено� токсина, летальны для самой клетки или для дочерних клеток. При образовании ацентричес� ких фрагментов всегда возникает генетический дисбаланс. В случае аберраций хромосомного типа обе дочерние клетки гибнут, поскольку повреждение затрагивает обе хроматиды. По� казано, что при латентном течении инфекции у беременных отмечается повышение частоты структурных аномалий хромосом с превали� рованием аберраций хроматидного типа [18]. Сохранить жизнедеятельность могут толь� ко клетки, несущие хромосомные или хрома� тидные обмены, при которых не произошла утрата генетического материала, при этом ци� тогенетические повреждения передаются сле� дующим поколениям клеток [19]. Аберрации хроматидного типа, которые прошли через пер� вое клеточное деление, превращаются в абер� рации хромосомного типа. Сбалансированны� ми стабильными типами аберраций являются реципрокные транслокации и инверсии. По� скольку нет правил без исключений, случайная сбалансированность генетического материала (генных доз) может привести к сохранению жизнедеятельности клетки при различных ти� пах повреждений [19]. Заболевания человека хромосомной природы, такие как синдром ко� шачьего крика (делеция в хромосоме 5) или болезнь Дауна (трисомия 21), объясняются структурными и численными хромосомными изменениями, т.е. генетическим дисбалансом. Встречаются и некоторые менее специфи� ческие хромосомные изменения, например, так называемые субхроматидные аберрации. Их впервые наблюдали на стадии анафазы (наибо� лее часто в виде мостов) после действия на де� лящиеся клетки ионизирующего облучения в стадии профазы [20]. Мосты являются следствием разрывов хро� мосом и объединения фрагментов, имеющих центромеры, в результате чего возникают ди� центрики. При этом ацентрические фрагмен� ты чаще опаздывают в митозе, и в интерфазе из них формируются микроядра. Наличие кле� ток с дицентриками может свидетельствовать об облучении организма [21]. Ди� и полицентрические хромосомы, рас� тягиваясь между группами ана� или телофаз� 60 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 ных хромосом, задерживают наступление ци� тотомии. Описаны циклы разрыв – слияние – мост в популяциях клеток, которые являются причиной повторно возникающих хромосом� ных мутаций [22]. Некоторые авторы рекомендуют приме� нять анализ частот встречаемости сестринских хроматидных обменов (СХО) для оценки выз� ванных облучением повреждений ДНК [23]. Вследствие нехваток хромосомы укорачи� ваются, и физическое отсутствие участков од� ного из гомологов приводит к гемизиготному состоянию генов, находящихся в другом гомо� логе. Если теряются доминантные аллели од� ного из гомологов гетерозиготы, то наблюда� ется фенотипическое проявление рецессивных аллелей генов хромосомы, не затронутой абер� рацией. Поскольку вследствие делеций теря� ются участки хромосом, у гетерозигот по этим перестройкам наблюдаются характерные нару� шения конъюгации гомологов в мейозе. Более длинная нормальная хромосома образует пет� лю на участке, соответствующем делеции. Дупликации представляют собой двукратное повторение одного и того же участка хромосо� мы. Они могут происходить в пределах одной и той же хромосомы или сопровождаться пере� носом копии участка генетического материала на другую хромосому. Дупликации и делеции часто возникают в результате разрывов хромо� сом, вызываемых различными повреждающи� ми агентами: ионизирующим облучением, хи� мическими мутагенами, вирусами и т.д. Изменение чередования генов в хромосоме в результате инверсии – тип перестроек, наи� более часто встречающихся в природных по� пуляциях, в частности у насекомых. Инверсия приводит к изменению сцепления генов, их физического порядка в хромосоме, отличаю� щегося от исходной формы. У гетерозигот по инверсиям на цитологических препаратах мей� отических клеток обнаруживаются характер� ные петли – результат конъюгации структурно измененной и нормальной хромосомы. Если в такой петле произойдет одиночный кроссин� говер, то в случае парацентрической инверсии возникает одна хроматида с двумя центроме� рами, которые ее порвут при расхождении в анафазе. Образующийся бесцентромерный фрагмент будет утерян. В результате из четы� рех гамет полноценными будут только две. При гетерозиготности по перицентрической ин� версии кроссинговер не препятствует нор� мальному расхождению всех хроматид. Тем не менее полноценными вновь будут только два продукта мейоза из четырех, поскольку две хроматиды несут делеции некоторых генов. Транслокации представляют собой рецип� рокный обмен участками негомологичных хромосом. В результате такого обмена у гомо� зигот по транслокациям изменяется характер сцепления генов. Особый тип транслокаций, так называемые робертсоновские транслока� ции, или центрические слияния, приводят к изменению числа хромосом. Если две акро� центрические хромосомы сливаются в облас� ти центромеры, то образуется одна мета� или субметацентрическая хромосома. Существует классификация Х�облученных ассоциаций по типу робертсоновских транслокаций. Пер� вый тип (около 70 %) имеет гетерохроматин только в середине хромосомы и проявляется в виде метацентрических хромосом, в то вре� мя как второй тип (около 30 %) имеет два гете� рохроматиновых блока и проявляется в виде дицентрических хромосом [24]. Предполагае� тся, что минорные сателлиты перицентромер� ных районов играют определяющую роль в ор� ганизации районов кинетохор [25]. Изменение физического состояния пери� центрического гетерохроматина, т.е. деконден� сация, сопровождается асинхронным расщеп� лением центромерных районов хромосом. Эта аберрация – результат ранней репликации пе� рицентрического гетерохроматина, ассоцииро� ванного с активностью центромеры [26], ко� торая может приводить к анеуплоидии [27]. На стадии метафазы можно наблюдать фраг� ментацию и пульверизацию хромосом. Четких различий между этими двумя феноменами нет, просто эти названия отражают разную степень повреждения хромосом. В случае фрагмента� ции хромосомы разбиты на много мелких фрагментов разной длины. Фрагментирован� ными иногда выявляются только отдельные хромосомы, иногда все, но можно отличить нормальные хромосомы или аберрации хрома� тидного типа. В случае пульверизации хромо� сомы оказываются разбитыми на массу мелких фрагментов. С фрагментацией или пульвериза� 61ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих цией иногда путают феномен преждевремен� ной конденсации хромосом. Однако феномен преждевременной конденсации хромосом имеет вид тонких хромосомных фрагментов и часто возникает в результате вызванного ви� русом слияния двух клеток, одна из которых находится в профазе или метафазе деления, а другая – в S�фазе, что приводит к визуализа� ции хромосом, находящихся в процессе реп� ликации [28]. Преждевременная конденсация наблюдалась в клетках костного мозга китай� ского хомячка после обработки химическими соединениями [29]. В последнем случае это объясняется тем, что основное ядро вступало в митоз, а хроматин в микроядре находился на стадии S�периода [29]. События, изменяющие структуру хромо� сом в геноме, всегда традиционно связывали с эволюционными преобразованиями генети� ческого материала. Дупликации поставляют материал для создания новых генов в процес� се естественного отбора. Инверсии и трансло� кации способствуют генетической изоляции новых форм в процессе их внутривидовой ди� вергенции. В то же время механизм возникно� вения хромосомных перестроек долгое время не был известен, и аберрации хромосом счи� тались нерегулярными событиями. Связь между двойными разрывами ДНК и хромосомными аберрациями Одним из важных вопросов является изуче� ние связи между первичными повреждениями ДНК и хромосомными аберрациями. Очевид� но, что для возникновения хромосомных абер� раций необходимы двойные разрывы ДНК (dsbs – double strand breaks). Однако имеются противоречия в оценке пропорциональности между хромосомными аберрациями и dsbs – о начальной их индукции, репарации и оста� точных нерепарированных dsbs, которые оп� ределяют частоту встречаемости хромосомных повреждений в метафазных пластинках. Репа� рированные и остаточные dsbs могут участво� вать в возникновении хромосомных повреж� дений в метафазе при воздействии поврежда� ющих агентов на клетки в G1�периоде клеточ� ного цикла. Однако при обработке клеток в G2�периоде частота встречаемости хромосом� ных повреждений не должна зависеть от репа� рированных и остаточных dsbs предыдущей интерфазы [30]. Очевидно, что двойные раз� рывы ДНК являются предпосылкой для воз� никновения хромосомных аберраций в пер� вом митозе после обработки ДНК повреждаю� щими агентами, однако неизвестно, какие факторы связаны с реализацией dsbs в види� мые хромосомные повреждения [31]. Описанные типы хромосомных аберраций традиционно рассматривают как единый фе� номен, поскольку их общей основой является одно� и двухцепочечные разрывы ДНК. Одна� ко очевидно, что эта группа явлений гетероген� на как по времени возникновения, количеству и качеству механизмов, участвующих в реали� зации в хромосомную аберрацию разрывов ДНК, так и по их дальнейшей судьбе. События, лежащие в основе появления различных хромосомных аберраций Механизмы образования хромосомных абер� раций плохо изучены, несмотря на общепри� нятое применение частоты их встречаемости для оценки генотоксичности эффектов физи� ческих и химических агентов [32]. Так, принято считать, что возникновение хромосомных фраг� ментов чаще всего отражает повреждения ДНК, возникающие до начала репликации, хрома� тидные – в ее процессе. Однако фрагменты – это результат «первичного повреждения» без репарации, а возникновение внутри� и межхро� мосомных обменов – результат «кластерного повреждения» ДНК с «кластерной» репараци� ей [33], т.е. разные типы хромосомных аберра� ций возникают в результате различного коли� чества молекулярно�генетических событий. Так, инверсии, инсерции, делеции, внутри� и межхромосомные обмены требуют не только наличия разрывов ДНК, но и их физического сближения с последующим восстановлением непрерывности ДНК. Кроме того, разные типы хромосомных аберраций формируются с вовлечением разных морфологических районов хромосом, сущест� венно отличающихся своими структурно� функциональными особенностями. Так, коль� цевые хромосомы образуются при делетирова� нии специфических районов хромосом – те� ломерных участков. Робертсоновские трансло� кации возникают при наличии разрывов ДНК 62 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 в семействах высоких повторов перицентро� мерных районов хромосом, физического кон� такта между ними в интерфазных ядрах с их последующей репарацией, приводящей к но� вой комбинации плеч хромосом. Известно так� же, что индивидуальные хромосомы в пределах одного кариотипа могут существенно отличать� ся друг от друга частотой участия в хромосом� ных аберрациях [34] и распределением сайтов повышенной ломкости по длине хромосом. Наиболее яркий пример – синдром повышен� ной ломкости хромосомы Х. Такая повышен� ная ломкость отдельных хромосом и их участ� ков традиционно связывается с амплифика� цией в этих районах различных повторов ДНК и имеет выраженную генетическую компо� ненту как по локализации такого района в оп� ределенном сегменте хромосомы, так и в свя� зи с «генотипической средой» организма, в которой такая амплификация и повышенная ломкость реализуется [35]. Имеются противоречивые данные о связи между размерами хромосом и частотами встре� чаемости их аномалий. Так, в ряде исследова� ний обнаружено, что количество хромосомных поломок на единицу ДНК линейно повышает� ся с увеличением количества ДНК в хромосо� мах, причем без изменения частот внутри� и межхромосомных обменов на единицу ДНК [36]. В других исследованиях такие связи выя� вить не удается [37]. Накоплено большое количество данных об увеличении частот встречаемости хромосомных аберраций под влиянием эндогенных нуклеаз, изменений некоторых биохимических условий клеточного роста. Так, эндонуклеазы AluI, Sau3AI и MboI при относительно низких кон� центрациях индуцируют примерно одинаковое увеличение частоты встречаемости хромосом� ных аберраций [32]. Гипертонический раствор (0,5 М NaCl в фосфатном буфере, pH 7,2) ви� доизменяет воссоединение разрывов ДНК в G2, образованных после облучения, что приво� дит к увеличению частоты встречаемости хро� матидных аберраций (поломки и обмены) [38]. Таким образом, даже если предполагать, что все типы хромосомных аберраций объеди� нены в один феномен на основании их зави� симости от одно� и двухцепочечных разрывов ДНК, очевидна их внутренняя гетерогенность в связи с различным временем их возникно� вения в клеточном цикле, разным вовлечением морфологических структур хромосом (центро� мерные, теломерные районы), генотипической компонентой участия в хромосомных аберра� циях отдельных хромосом и их сегментов. Индукторы хромосомных аберраций, не оказывающие прямого действия на ДНК Вопрос о правомерности объединения раз� личных типов хромосомных аберраций в один феномен усложняется еще больше, если учиты� вать зависимость реализации разрывов ДНК в видимые в метафазных пластинках хромосом� ные аномалии от целого спектра белков и ферментов, участвующих в упаковке первич� ной последовательности нуклеотидов в струк� туры хроматина интерфазного ядра, в метафаз� ные хромосомы. Предполагается, что в некото� рых условиях часть разрывов ДНК, благодаря белкам хроматина, могут переживать несколь� ко клеточных делений в нерепарируемом сос� тоянии [39]. Таким образом, специфические (генотипические) особенности функциональ� ной активности белков, обслуживающих упа� ковку первичной последовательности ДНК в наднуклеоидные структуры хроматина и мета� фазных хромосом, могут вносить существен� ный вклад в частоту встречаемости хромосом� ных аберраций в клеточных популяциях, под� вергающихся генотоксическим воздействиям. По�видимому в некоторых моделях последнее обстоятельство может играть ключевую роль в размахе индивидуальной изменчивости хромо� сомных аберраций в ответ на одно и то же ге� нотоксическое воздействие. К настоящему времени накоплено большое количество работ, демонстрирующих зависи� мость частот встречаемости хромосомных абер� раций от активности таких ферментов, как то� поизомераза I [40], топоизомераза II [9], поли (ADP�рибоза) [41], удерживающих в упаковке ДНК единичные и двойные разрывы на протя� жении нескольких клеточных циклов. Ингиби� рование активности этих ферментов такими ве� ществами (в том числе и антираковыми препа� ратами), как азатоксин [39], 3�аминобензамид, тимидин [41], камптотецин [42] и т. д., может приводить к дестабилизации упаковки хрома� тина и многочисленным хромосомным аберра� 63 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 64 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 циям. Ингибиторы топоизомеразы II приводят к появлению фрагментов, хромосомных перестро� ек, анеуплоидии и полиплоидии [43]. Двойные разрывы ДНК могут приводить к хромосомным перестройкам в первом митозе после обработки ДНК повреждающими аген� тами, однако неизвестно, какие факторы опре� деляют образование индуцированных повреж� дений. Повреждения могут возникать и при ингибировании некоторых процессов метабо� лизма клетки, в частности, при ингибировании синтеза ДНК [44]. Некоторые немутагенные химические агенты, так же как и метаболи� ческие яды, подавляющие синтез ДНК, инду� цируют двойные разрывы ДНК, приводящие к возникновению хромосомных аберраций. На� пример, афидиколин – ингибитор ДНК�по� лимеразы – индуцирует хромосомные пов� реждения без непосредственного контакта с ДНК. Другие агенты, такие как митомицин С, метилметансульфонат, этилметансульфонат ингибитор топоизомеразы II [45], йодоацетат, ментол [46], индуцируют большое количество хромосомных повреждений при нетоксичес� ких дозовых уровнях. Кроме того, многочисленными работами по� казано, что после генетического аппарата клет� ки наиболее чувствительной к хроническому низкоинтенсивному облучению является ли� пидная фаза клеточных мембран. Снижение доли фосфолипидов от общего количества ли� пидов способствует нарушению физико�хи� мических свойств мембраны, изменению ее вязкости и проницаемости, что в свою очередь препятствует нормальному протеканию всех жизненных функций клетки, в том числе и процессов репарации [47]. Нарушение целост� ности плазматических мембран приводит так� же к образованию хромосомных аберраций. Так, например, обработка эмбрионов мышей стрептолизином�О (веществом, повреждаю� щим клеточную мембрану) выявила сущест� венное увеличение количества хромосомных аберраций при отсутствии прямого поврежде� ния ДНК [25]. Очевидно также, что выраженные отличия в частотах встречаемости хромосомных абер� раций могут быть обусловлены не только по� лифакторной природой их возникновения, но и не менее сложными процессами их элими� нации. Весь комплекс событий может иметь тканеспецифические черты, что, по�видимо� му, может обусловливать и отличия в частотах встречаемости хромосомных аберраций в раз� ных тканях в пределах одного организма. Таким образом, хромосомные аберрации – один из признаков дестабилизации кариотипа, активации соматического мутагенеза, тради� ционно используемый для тестирования гено� токсических эффектов, который объединяет группу феноменов, отличающихся по механиз� мам возникновения. Очевидно, что в общем случае частоты встречаемости хромосомных аберраций могут не иметь связей с количест� вом одно� и двухцепочечных разрывов ДНК, индуцируемых генотоксинами. Микроядерный тест Образование микроядер в цитоплазме кле� ток отличается от хромосомных аберраций тем, что не всегда требует наличия повреждений первичных последовательностей ДНК, т.е. мик� роядерный тест является иной оценкой деста� билизации кариотипа, объединяющей часть ти� пов хромосомных аберраций, а также вариан� ты анеуплоидии клеток [48]. Микроядра фор� мируются из хромосомного материала, задер� жавшегося на экваторе клетки на стадии ме� тафазы. В ходе митоза этот материал попадает только в одну из дочерних клеток. Он может быть включенным в основное ядро или сфор� мировать одно или несколько мелких ядер, так называемых микроядер, которые могут состо� ять из ацентрических фрагментов или могут быть образованы целой хромосомой вследст� вие нерасхождения, вызванного дефектами ве� ретена деления. Отличия между микроядрами, образованными этими разными путями, были продемонстрированы с помощью меченых зон� дов к центромерным районам различных хро� мосом [49]. Новые возможности микроядер� ного теста открываются в связи с использова� нием меченных флюорохромами антител к кинетохору. Такой методический ход позволя� ет отдифференцировать микроядра, включаю� щие в себя ацентрические фрагменты (резуль� тат хромосомных аберраций) и целые хромо� сомы, задерживающиеся на экваторе клетки в анафазе (результат изменений взаимодейст� вий хромосом с веретеном деления). По срав� нению с хромосомным анализом лимфоцитов подсчет микроядер более прост, дешев, имеет больше шансов на автоматизацию и по чувст� вительности не уступает метафазному анализу [6], что является достоинством микроядерного теста и открывает перспективы для проведе� ния популяционных исследований с его ис� пользованием [7]. В последние годы опубликован ряд работ, в которых представлены результаты изучения мутагенного действия ионизирующей радиа� ции с помощью микроядерного теста. Получе� ны первые кривые зависимостей доза–эффект в диапазоне доз 5–300 сГр [5]. Установлено, что выход радиационно индуцированных in vivo микроядер при разных дозах облучения, как и выход хромосомных аберраций, соответствует линейно�квадратичной модели. Вместе с тем кривая доза–эффект для микроядер по срав� нению с кривой доза–эффект для хромосом� ных аберраций имеет в два раза больший ли� нейный компонент и в два раза меньший квадратичный компонент. Это позволяет пред� положить, что в определенном диапазоне доз микроядерный тест может быть более чувст� вительным к действию ионизирующего облу� чения, чем тест хромосомных аберраций. Существуют предположения о недостатках микроядерного теста, связанные с тем, что микроядра формируются из ацентрических фрагментов и отставших хромосом. Клетки же, имеющие мосты, не учитываются с помощью этого теста. Некоторая часть клеток с хромо� сомными аберрациями, возникающими в ана� фазе, вероятно, погибает в процессе первого митоза. Главная проблема использования мик� роядерного теста заключается в отсутствии его унификации. В этой связи обширные популя� ционные исследования зависимости частоты встречаемости микроядер от возраста человека до сих пор не позволили получить однознач� ные данные [50]. Это обусловлено отсутствием общепринятого представления о пределах из� менчивости спонтанно возникающих микро� ядер в группах людей одного и того же возрас� та. Очевидно также, что далеко не все типы хромосомных аберраций сопровождаются об� разованием микроядер, поскольку не все свя� заны с появлением ацентрических фрагмен� тов. Все сказанное хорошо согласуется с тем фактом, что в контроле (без воздействия гено� токсинов) количество клеток с хромосомны� ми аберрациями превышает количество клеток с микроядрами в 6–8 раз [51], т.е. микроядер� ный тест, так же как и хромосомные аберра� ции, позволяет выявлять только часть мутаци� онного спектра, имеющегося в клеточных по� пуляциях до и после воздействия генотокси� нов. Следует отметить также, что результаты микроядерного теста в существенной степени могут зависеть от специфики клеточных попу� ляций, в которых они рассматриваются. Микроядра в эритроцитах Микроядра можно наблюдать в клетках любой пролиферирующей ткани, однако легче всего их выявлять в клетках без основного яд� ра у большинства видов млекопитающих в эритроцитах (полихроматофильных – моло� дых и нормохроматофильных – зрелых). По� казано, что микроядра в полихроматофильных эритроцитах могут быть результатом реализа� ции, по крайней мере, двух различных меха� низмов в зависимости от дозы генотоксина. Низкие дозы индуцируют микроядра без из� менения возрастного состава эритроцитов, высокие – существенно уменьшая долю юных форм [52]. Кроме того, возникает трудность в интерпретации результатов оценки количес� тва микроядер в эритроцитах в связи с тем, что присутствие в них микроядер связано с их созреванием. «Выталкивание» ядра из эритро� бласта, задержка в нем небольших фрагментов ядра с последующим их удалением является нормальным процессом созревания этого типа клеток. Соответственно, частота встречаемос� ти микроядер в полихроматофильных эритро� цитах, как правило, существенно выше, чем в нормохроматофильных, хотя в отдельных ра� ботах таких отличий выявлено не было [53]. В этой связи изменение соотношения юных и зрелых форм эритроцитов (предпочтительная гибель) может существенно влиять на оценку генотоксичности воздействия при их анализе. Так, индукция кровопотерь приводит к резкому увеличению юных эритроцитов в периферичес� кой крови с большим количеством микроядер [54]. Ряд генотоксинов уменьшают относитель� ную пропорцию юных форм по отношению к зрелым в популяциях клеток костного мозга 65ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих 66 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 [53]. У человека показано, что количество по� лихроматофильных эритроцитов может широко варьировать в клетках периферической крови, причем эти колебания не связаны с частотой встречаемости микроядер при суммарной оцен� ке [55]. Кроме того, обнаружено, что количес� тво микроядер существенно варьирует в зави� симости от анализируемого органа. Некоторые авторы предлагают оценку нестабильности ге� нома осуществлять методом анализа микроядер в эритроцитах костного мозга [56]. Однако из� вестно, что под влиянием ионизирующего об� лучения у крыс в костном мозге частота встре� чаемости эритроцитов с микроядрами увели� чивается в 8 раз, а в селезенке – в 20 раз [57], т.е. результаты микроядерного теста в юных и зрелых формах эритроцитов могут существен� но зависеть от индивидуальной специфики ге� мопоэза и анализируемой ткани. Нельзя исклю� чить и возможные влияния на частоту встречае� мости микроядер в эритроцитах состояний клеточных органелл, ответственных за «вытал� кивание» из них генетического материала, на� пример, прочность ядерной оболочки, которая также может существенно меняться под дейст� вием различных экзогенных факторов. Учиты� вая сложность оценки микроядер в эритроци� тах, зависимость их присутствия от стадии соз� ревания клеток, возможную связь с изменения� ми гемопоэза, в поисках наиболее адекватного теста генотоксических эффектов исследовате� ли активно развивают приемы анализа микро� ядер в других клеточных популяциях. Микроядра в одноядерных лимфоцитах Для изучения степени влияния генотокси� ческих факторов на организм млекопитающих в качестве тест�системы используют цитогене� тические показатели лимфоцитов периферичес� кой крови. Подсчет микроядер в одноядерных лимфоцитах применяют как более быстрый и простой по сравнению с анализом хромосом� ных аберраций [58]. Их спонтанная частота и корреляция с дозой острого облучения лимфо� цитов крови изучены в ряде лабораторий [59]. Так, например, при воздействии Х�лучами на культуру лимфоцитов периферической крови человека, мыши и крысы была обнаружена сходная индукция микроядер [60]. По данным некоторых авторов [61], микроядерный тест чувствителен начиная с дозы 0,05 Гр рентге� новских лучей. В то же время существуют дан� ные о том, что количественные различия в ин� дукции микроядер в лимфоцитах при облуче� нии in vitro и in vivo не наблюдаются в дозах до 2,5 Гр [59]. Предполагается, что лимфоциты с несколькими микроядрами, обнаруживаемые у профконтингента зоны ЧАЭС через 8–9 лет, несмотря на элиминацию аберрантных клеток из периферической крови, представляют собой либо долгоживущие митотически неактивные клетки, либо клетки, у которых происходит сум� мация повреждений в геноме на молекулярном уровне, сохраняющихся в ряду поколений кле� ток лимфоидной ткани, и повреждений, инду� цируемых на их фоне de novo в условиях облу� чения [17]. Ожидается, что оценка микроядер в одноядерных лимфоцитах в связи с их отно� сительно большой продолжительностью жиз� ни может вносить существенную ошибку в анализ, поскольку в этом тесте учитываются не только вновь индуцируемые генотоксичес� ким воздействием микроядра, но и предсущес� твующие, накопленные ранее (например, в связи с возрастом [58]). Микроядра в двухъядерных лимфоцитах Для унификации микроядерного теста и идентификации лимфоцитов, которые прошли первый митоз после митогенной стимуляции, с 1985 г. используется ингибитор цитокинеза – цитохалазин Б [55]. Добавление его перед пер� вым митотическим делением приводит к обра� зованию двухъядерных клеток, в которых и вы� полняется подсчет микроядер. Предполагается, что применение цитохалазина Б должно зна� чительно повысить чувствительность метода. Это привело к его более широкому использова� нию для изучения индуцированного мутагене� за in vitro и in vivo. Однако до сих пор результа� ты использования этой модификации микро� ядерного теста не привели к формированию однозначных оценок его чувствительности. В работах Родилла [62] при использовании цитометрии в культуре, обработанной циспла� тином, было выявлено, что двухъядерные клет� ки с микроядрами возникали в результате не� полного цитокинеза во время митотического деления клеток с микроядрами. В других пуб� ликациях [63] описано появление двухъядер� ных клеток не в связи с блоком цитокинеза, а с их слиянием. Показано также, что под влияни� ем ионизирующего облучения в некоторых клеточных популяциях межклеточные слияния являются распространенным явлением [57]. Некоторые клетки несут микроядра на про� тяжении многих лет и потому образование мик� роядер не обязательно случается в последнем делении. Динамика двухъядерных клеток или двухъядерных клеток с микроядрами в попу� ляции остается недостаточно исследованной. Ковакс [28] предполагает, что двухъядерные клетки могут возникать как компенсация дей� ствия генотоксических агентов для поддержки генетического баланса в популяции. Некото� рые авторы объясняют наличие двухъядерных клеток как следствие старения in vivo и in vitro и естественного удлинения продолжительнос� ти цитокинеза [64]. Доказательств наличия разных механизмов возникновения двухъядерных клеток много, однако не исследована до сих пор связь между двухъядерными и одноядерными клетками, несущими микроядра. Полиплоидия Полиплоидия – изменение числа хромосом, кратное гаплоидному. Это геномная мутация, она может быть не только следствием откло� нения от нормального хода митоза, но и след� ствием слияния двух клеток. Высокую частоту встречаемости полиплоид� ных клеток, как правило, обнаруживают в опухолевых клеточных популяциях. Предпола� гается, что в формировании полиплоидов могут принимать участие не меньше двух, принципи� ально различных, механизмов [65]. Один – ис� ключение из клеточного цикла стадии митоза и прямой переход от стадии G2 к G0 и в после� дующем – к G1. Такой механизм, в частности, описан при индукции множественных повреж� дений ДНК, репарация которых в G2 настолько увеличивает ее продолжительность, что падает внутриклеточная концентрация белка цикли� на, необходимого для запуска перехода к мито� зу. В результате из клеточного цикла исключа� ется стадия митоза и формируется полиплоид [43]. Второй – появление полиплоидов в ре� зультате межклеточного слияния. Такой меха� низм, как известно, широко распространен в культуральных клеточных линиях и различ� ных опухолях [66]. Показано также, что ионизи� рующее облучение индуцирует высокую часто� ту межклеточных слияний [45]. В то же время следует отметить, что имеются тканеспецифич� ные механизмы естественного формирования полиплоидных клеток, как, например, среди гепатоцитов в процессе клеточной дифферен� цировки у млекопитающих. Анеуплоидия Анеуплоидия может возникать в результате различных механизмов, в частности, за счет разрыва метафаз при приготовлении препара� тов, однако может быть и следствием как не� расхождения хромосом, так и многополюсных митозов. При нерасхождении лишняя хромо� сома остается в одной из дочерних клеток. При облучении первичных культур лимфоци� тов и фибробластов митотическое нерасхож� дение представляет собой основной механизм анеуплоидии [67]. Для обнаружения анеуплоидии некоторые исследователи используют метод флюоресцент� ной гибридизации in situ (FISH) конкретных хромосом клеточного ядра, так как эта техноло� гия позволяет анализировать на порядок боль� шее число клеток, чем при стандартном цитоге� нетическом анализе [68]. При помощи этого метода можно получить информацию о частоте анеуплоидии по Х�хромосоме у женщин для диагностики как мозаичного варианта Х�моно� сомии (синдрома Шерешевского�Тернера), так и мозаичного варианта трисомии по Х�хромо� соме (синдром трипло�Х), а также различных вариантов полисомии Х при синдроме Клайн� фельтера у мужчин [69]. В литературе накопле� но много данных о различных механизмах, при� водящих к возникновению анеуплоидных кле� ток. Обсуждаются в основном семь механизмов возникновения анеуплоидии в митозе. 1. Нарушение организации клеточных цент� ров деления (центриоли – у животных). Одним из механизмов анеуплоидии при таком повреж� дении являются многополюсные митозы [70]. 2. Дефекты веретена деления. Анеуплоидия может возникать в результате повреждения веретена деления, приводящего к изменениям взаимоотношений с ним хромосом [70]. Иони� зирующее облучение также повреждает вере� ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 67 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих тено деления, которое может приводить к анеу� плоидии [71]. 3. Повреждения кинетохора или его функ� ции. Любые нарушения структурной организа� ции кинетохора, в частности трехмерной, при� водят к анеуплоидии без изменения качества и количества компонент, участвующих в упаковке центромерного района [72]. Утрата белков кине� тохора приводит к анеуплоидии, но при этом центромерный район может сохраняться [67]. 4. Изменения взаимоотношений между вере� теном деления и кинетохорами. Имеются бел� ки, определяющие взаимоотношение кинетохо� ра и веретена деления, их изменения приводят к анеуплоидии [73]. Предполагается, что опреде� ленную роль в регуляции активности таких бел� ков могут играть отдельные онкогены [74]. 5. Дефекты центромерного района. Анеу� плоидия может быть вызвана фрагментацией, мутированием или дефектом упаковки цент� ромеры. Например, алкилирование пула нук� леотидов может приводить к анеуплоидии пу� тем индукции нуклеотидных модификаций центромерного района и, как следствие, изме� нений функционального состояния кинетохора [75]. При использовании азацитидина, инкор� порирующегося в ДНК, показано, что такие агенты также могут приводить к анеуплоидии [67]. Обнаружено, что ускоренная деконден� сация хроматина отдельных хромосом, по�ви� димому, в связи с нарушением организации кинетохоров, также сопровождается анеупло� идией [76]. Анеуплоидия может быть следст� вием и межхромосомных транслокаций [77]. 6. Изменение взаимодействий между цент� ромерными районами сестринских хроматид в процессе митоза. Анеуплоидия может быть выз� вана изменениями продолжительности клеточ� ного цикла, нарушением синхронности рас� щепления центромерных районов сестринских хроматид [67] и нерасхождением хромосом [78]. 7. Предполагается, что может существовать дополнительный механизм анеуплоидии, ко� торый приводит только к утрате хромосом, но не к их увеличению, т.е. связанный с наруше� нием пропорциональности распределения хро� мосом по дочерним клеткам. Так, например, по� казано, что имеются анеугены, в частности ак� риламид, индуцирующие только утрату хромо� сом [76]. Можно ожидать, что такие специфи� ческие изменения связаны либо с тем, что ин� дуцируемое таким генотоксином нерасхожде� ние хромосом приводит к обязательному их вхождению в микроядра, либо с тем, что такие анеугены индуцируют дестабилизацию плазма� тической оболочки клеток, что, естественно, сопровождается увеличением частоты утраты хромосом при приготовлении препаратов. По� казано также, что анеуплоидия может быть связана с повышенной частотой утраты хро� мосом при делении полиплоидов [43]. Ранние исследования по идентификации уте� рянных хромосом в гиподиплоидных лимфоци� тах показали, что утрата хромосомы зависит от различных факторов, например таких, как раз� мер хромосомы, возраст и пол организма [67]. Анеуплоидия, как и полиплоидия, является общим признаком популяции опухолевых кле� ток. Предполагается, что кариотипическая из� менчивость может быть основой эволюции опу� холевых клеток. Однако до сих пор не исследо� вана взаимосвязь между изменениями разных характеристик кариотипа и эволюцией опухо� леродности клеток [68]. При анеуплоидии может встречаться утрата одной из половых хромосом. Это частое собы� тие в клетках крови, костного мозга и у людей с разными формами злокачественных новооб� разований [68]. Можно предположить, что клетки, которые утратили Y� или X�хромосому с большими бло� ками гетерохроматина и генами, не существен� ными для жизнедеятельности клеток в культуре, могут получать пролиферативные преимущест� ва по сравнению с исходными клетками, сохра� нившими полный набор половых хромосом. Несмотря на относительную изученность меха� низмов возникновения некоторых кариотипи� ческих аномалий, разные характеристики из� менчивости генома и взаимосвязь между ними до сих пор остаются несистематизированными. В цитогенетике млекопитающих последние годы ознаменованы стремительным развити� ем новых методов исследований, в основе ко� торых лежит флюоресцентная in situ гибриди� зация нуклеиновых кислот. Возможности ис� следователя 10–15 лет назад были практичес� ки сведены к изучению морфологии и диффе� ренциальной окрашиваемости хромосом, а так� же их отдельных районов. Развитие методов, ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 168 О.А. Ковалева способных на цитологических препаратах ви� зуализировать интересующие последователь� ности ДНК, резко изменило ситуацию. Метод флюоресцентной in situ гибридизации (FISH) оказался крайне эффективным инструментом изучения генома человека и других видов мле� копитающих, реорганизации хромосом в ходе эволюции, анализа хромосомных перестроек как при малигнизации клеток, так и при врож� денных патологиях. С его помощью были по� лучены оригинальные данные по организации интерфазного ядра, однако использование это� го метода не отменяет рутинных методов выяв� ления фрагментов, хроматидных разрывов и других цитогенетических аномалий в сомати� ческих клетках млекопитающих. Таким образом, существуют выраженные различия по стабильности хромосомного ап� парата клеток млекопитающих в зависимости от уровня и направления их цитодифференци� ровки. Несмотря на выбор исследуемой ткани, нельзя все типы хромосомных аберраций объединять в единый феномен на основании их зависимости от одно� и двухцепочечных раз� рывов ДНК, поскольку очевидна их внутрен� няя гетерогенность в связи с различным вре� менем их возникновения в клеточном цикле, вовлечением в них разных морфологических структур хромосом (центромерные, теломерные районы), генотипической компонентой участия в хромосомных аберрациях отдельных хромо� сом и их сегментов. Частоты встречаемости хро� мосомных аберраций могут не иметь прямых связей с количеством одно� и двухцепочечных разрывов ДНК, индуцируемых генотоксинами. На увеличение частот встречаемости хромосом� ных аберраций могут оказывать влияние це� лый спектр белков и ферментов, участвующих в упаковке первичной последовательности нуклеотидов в структуры хроматина интерфаз� ного ядра. Разные уровни организации генети� ческого материала (нуклеотидный, хромосом� ный, надхромосомный) оказывают влияние на процессы реализации дефекта нуклеотид� ной последовательности в цитогенетическую аномалию. SUMMARY. The different types of cytogenetic abnor� malities are considered which are used in classic cytogenet� ics for the estimation of the levels of chromosome appara� tus damages. The possible causes of cytogenetic anomalies and a number of methods of micronucleus tests are dis� cussed. It was shown that the different levels of genetic material organization influence the realization of DNA defects into cytogenetic abnormality. РЕЗЮМЕ. Розглядаються різні типи цитогенетич� них аномалій, які використовують в класичній цито� генетиці для оцінки рівня пошкодження хромосомно� го апарату. Обговорюються можливі причини виник� нення різних типів цитогенетичних аномалій, а також різноманіття методів мікроядерного тесту. Показано, що різні рівні організації генетичного матеріалу (нук� леотидний, хромосомний, надхромосомний) вплива� ють на процеси реалізації дефекту нуклеотидної по� слідовності в цитогенетичну аномалію. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Wuttke K., Streffer C., Muller W.U. Radiation induced micronuclei in subpopulations of human lymphocytes // Mutat. Res. – 1993. – 286. – P. 181–188. 2. Miller K. Sister�chromatid exchange in human B� and T�lymphocytes exposed to bleomycin cyclophos� phamide and ethyl methanesulfonate // Mutat. Res. – 1991. – 247. – P. 175–182. 3. Hecht F., Bixehman H.A., Cannizzaro L.A. et al. Chromosome instability is found in hereditary malig� nant melanoma which is linked to Rh in lp 36,2�p.34 // Cytogenet. Cell Genet. – 1989. – 51. – P. 1012. 4. Andersson H.S. The spontaneous frequency of chromo� somal aberrations and sister�chromatid exhanges in cultured peripheral lymphocytes of a single blood donor sampled more than 200 times // Mutat. Res. – 1993. – 286. – P. 281–292. 5. Fenech M., Morley A.A. The effect of donor age on spontaneous and induced micronuclei // Mutat. Res. – 1985. – 148. – P. 99–105. 6. Горовая А.И., Климкина И.И. Использование цито� генетического тестирования для оценки экологи� ческой ситуации и эффективности оздоровления детей и взрослых природными адаптогенами // Ци� тология и генетика. – 2002. – 36, № 5. – C. 21–25. 7. Афанасьева Е.С., Безруков В.Ф., Шепета Ю.Б. Изменчивость и динамика частоты микроядер участников трансатлантического перехода VII Украинской антарктической экспедиции // Цито� логия и генетика. – 2004. – 38, № 4. – C. 37–43. 8. Ковалева О.А., Глазко Т.Т. Проблемы использования цитогенетических характеристик для биоиндикации генотоксических эффектов // Фактори експерим. еволюції організмів. – 2004. – 2. – С. 99–105. 9. Bertrand R., Sarang M., Jenkin J., Kerrigan D., Pommier Y. Differenсes induction of secondary DNA fragmen� tation by topoisomerase II inhibitors in human tumor ІSSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 69 Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих 70 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 cell lines with amplified c�myc expression // Cancer Res. – 1991. – 51. – P. 6280–6285 10. Шеметун Е.В. Ретроспективное цитогенетическое обследование ликвидаторов аварии на ЧАЭС с ис� пользованием дифференциального G�окрашива� ния метафазных хромосом // Проблемы радиаци� онной генетики на рубеже веков : Тез. докл. Меж� дунар. конф. – Ереван, 2000. – С. 361. 11. Малиновский Ю.Ю. Молекулярные механизмы об� разования цитогенетических повреждений : факты и гипотезы // Там же. – С. 64. 12. Осипов А.Н., Сытин В.Д., Коломийцева Г.Я., Пуч� ков П.В. Влияние облучения в малых дозах на ко� личество ДНК�белковых сшивок в лимфоцитах се� лезенки мелких млекопитающих // Там же. – С. 49. 13. Лебедева Л.И., Ахмаметьева Е.М. Возможные меха� низмы возникновения перестроек хромосом. 8. Ци� тогенетический анализ динамики репарации и ре� ализации потенциальных повреждений хромосом в клетках костного мозга гамма�облученных мы� шей // Генетика. – 1996. – 32, № 6. – С. 804–809. 14. Дубинин Н.П. Потенциальные изменения в ДНК и мутации // Молекулярная цитогенетика. – М.: На� ука, 1978. – С. 246. 15. Лебедева Л.И., Скорова С.В., Ахмаметьева Е.М. Воз� можные механизмы возникновения перестроек хро� мосом. 6. Задержка митоза как протекторный меха� низм происхождения спонтанных разрывов хромо� сом // Генетика. – 1993. – 29, № 4. – С. 1826–1831. 16. Durante M., Furusawa Y., George K., Gialanella G., Greco O., Grossi G., Matsufuji N., Pugliese M., Yang T.C. Rejoining and misrejoining of radiation�induced chro� matin breaks. 4. Charged particles // Radiat. Res. – 1998. – 149. – Р. 446–454. 17. Бездробная Л.К., Цыганок Т.В., Курило Л.В., Бу� хал А.В., Романова Е.П., Дрозд И.П. Частота мута� ций и аберраций хромосом в лимфоцитах крови жи� телей 30�километровой зоны отчуждения ЧАЭС // Проблемы радиационной генетики на рубеже ве� ков : Тез. докл. Междунар. конф. – Ереван, 2000. – С. 233. 18. Жадан И.А. Сравнительный анализ частоты и струк� туры хромосомных аберраций в соматических клет� ках при материнско�плодовой инфекции // Цито� логия и генетика. – 2004. – 38, № 2. – С. 60–64. 19. Мамаева С.Е. Закономерности кариотипической эволюции клеток в культуре // Цитология. – 1996. – 38, № 8. – С. 787–814. 20. Руднев М.И. Влияние низких доз ионизирующей радиации и других факторов окружающей среды на организм. – К.: Наук. думка, 1994. – 120 с. 21. Снигирева Г.П., Новицкая Н.Н., Хазинс Е.Д., Вилки� на Г.А. Отдаленные цитогенетические эффекты у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС // Проблемы радиац. генети� ки на рубеже веков : Тез. докл. Междунар. конф. – Ереван, 2000. – С. 331. 22. Leonard A., Baugnet�Mahieu L., Hoang Hung T., Leonard E.D., Lemaire M., Gerber G. B. Chromosome aberrations in circulating lymphocytes after brachythera� py for uterus carcinoma // Acta Oncol. – 1995. – 34, № 4. – Р. 539–542. 23. Готлиб В.Я., Пелевина И.И., Кудряшова О.В., Сереб� ряный А.М. Индуцированная радиацией неста� бильность генома // Проблемы радиац. генетики на рубеже веков : Тез. докл. Международ. конф. – Ереван, 2000. – С. 24. 24. Boei J.J., Natarajan A.T. Classification of X�ray�induced Robertsonian fusion�like configurations in mouse splenocytes // Int. J. Radiat. Biol. – 1996. – 69. – P. 421. 25. Wojcik A., Bonk K., Muller W.U., Obe G., Streffer C. Do DNA double�strand breaks induced by Alu lead to development of novel aberrations in the second and third post�treatment mitoses? // Radiat. Res. – 1996. – 145. – Р. 19–27. 26. Vig B.K., Sternes K.L., Paweletz N. Centromere struc� ture and function in neoplasia // Cancer Genet. Cytogenet. – 1989. – 43. – Р. 151–178. 27. Акопян, Г.Р., Гнатейко О.З., Сіренко А.Г., Поліщук Р.С., Логінський В.Є., Новак В.Л. Передчасне розді� лення центромер метафазних хромосом при гост� рій лімфобластній лейкемії у дітей // Онкология. – 1999. – № 4. – С. 283–289. 28. Kovaks G.B., Sadah, Hoene E. Binucleate cells in a human renal cell carcinoma with 34 chromosomes // Cancer Genet. Cytogenet. – 1988. – 31. – Р. 211–216. 29. Allen J.W., Collins B.W., Setzer R.W. Spermatid micronucleus analysis of aging effects in hamsters // Mutat. Res. – 1996. – 316. – Р. 261–266. 30. Bryant P.E. DNA damage, repair and chromosomal dam� age // Int. J. Radiat. Biol. – 1997. – 71. – P. 675–680. 31. Nesterova E.V., Durnev A.D., Seredenin S.B. Verapamil contributes to the clastogenic effects of acrylamide, cyclophosphamide, and dioxidine on somatic cells of BALB/C and C57BL/6 mice // Mutat. Res. – 1999. – 440. – P. 171–179. 32. Harvey A.N., Costa N.D., Savage J.R., Thacker J. Chromosomal aberrations induced by defined DNA double�strand breaks: the origin of achromatic lesions // Somat. Cell Mol. Genet. – 1997. – 23. – P. 211–219. 33. Greinert R., Volkmer B., Virsik�Peuckert R.P., Harder D. Comparative study of the repair kinetics of chromosomal aberrations and DNA strand breaks in proliferating and quiescent CHO cells // Int. J. Radiat. Biol. – 1996. – 70. – P. 33–43. 34. Ковальова О., Бойко Г., Бурдо О., Глазко Т. Цитоге� нетичні характеристики клітин кісткового мозку у різних видів полівок // Наук. вісн. Ужгор. у�ту. – 2005. – Вип. 17. – С. 190–194. 35. Richardson C., Moynahan M.E., Jasin M. Double� ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1 strand break repair by interchromosomal recombina� tion: suppression of chromosomal translocations // Genes. Dev. – 1998. – 15. – Р. 3831–3842. 36. Pandita T.K., Gregoire V., Dhingra K., Hittelman W.N. Effect of chromosome size on aberration levels caused by gamma radiation as detected by fluorescence in situ hybridization // Cytogenet. Cell Genet. – 1994. – 67. – Р. 94–101. 37. Boei J.J., Vermeulen S., Natarajan A.T. Differential involvement of chromosomes 1 and 4 in the formation of chromosomal aberrations in human lymphocytes after X�irradiation // Int. J. Radiat. Biol. – 1997. – 72. – Р. 139–145. 38. Kosaka T., Tsukahara M., Kaneko I., Nakano K., Tanaka S., Koide F. Alteration of gamma�ray�induced chromo� some aberration by 0,5 M NaCl in Chinese hamster cells // Int. J. Radiat. Biol. – 1995. – 67. – P. 687–691. 39. Leteurtre F., Madalengoitia J., Orr A., Cuzi T., Lehnert F., Macdonald T., Pommier Y. Rational design and molecular effect of a new topoisomerase II inhibitor, azatoxin // Cancer Res. – 1992. – 52. – Р. 4478–4483. 40. Tanizawa A., Pommier Y. Topoisomerase I alteration in a camptothecin�resistant cell line derived from Chinese hamster DC3F cells in culture // Cancer Res. – 1992. – 52. – P. 1848–1854. 41. Ding R., Pommier Y., Kang V., Smulson M. Depletion of poly (ADP�ribose) polymerase by antisense RNA expression result in a delay in DNA strand break rejoin� ing // Biol. Chem. – 1992. – 267. – P. 12804–12812. 42. Andoch T., Ikeda H., Oguro M. Molecular biology of DNA topoizomerases and its application to chemotherapy // Internat. Symp. on DNATopo in Chemoterapy. – Japan, 1991. – Nov. 18–20. 43. Ferguson L.R., Whiteside G., Holdaway K.M., Baguley B.C. Application of fluorescence in situ hybridisation to study the relationship between cytotoxicity, chromosome aber� rations, and changes in chromosome number after treat� ment with the topoisomerase II inhibitor amsacrine // Environ. Mol. Mutagen. – 1996. – 27. – Р. 255–262. 44. Morgan W.F., Corcoran J., Hartmann A., Kapian M.I., Limoli C.L., Ponnaiya B. DNA double�strand breaks, chromosomal rearrangements, and genomic instability // Mutat. Res. – 1998. – 404. – Р. 125–128. 45. Galloway S.M., Miller J.E., Armstrong M.J., Bean C.L., Skopek T.R., Nichols W.W. DNA synthesis inhibition as an indirect mechanism of chromosome aberrations: comparison of DNA�reactive and non�DNA�reactive clastogens // Mutat. Res. – 1998. – 25. – P. 169–186. 46. Hilliard C.A., Armstrong M.J., Bradt C.I., Hill R.B., Greenwood S.K., Galloway S.M. Chromosome aberra� tions in vitro related to cytotoxicyty of nonmutagenic chemicals and metabolic poisons // Environ. Mol. Mutagen. – 1998. – 31. – P. 316–326. 47. Башлыкова Л.А., Шевченко О.Г. Цитогенетические и биохимические изменения в тканях полевок� экономок из районов с повышенной естественной радиоактивностью // Проблемы радиационной ге� нетики на рубеже веков : Тез. докл. Международ. конф. – Ереван, 2000. – С. 76. 48. Глазко Т.Т., Ковальова О.А., Якименко Л.П. Мікро� ядерний тест у великих та дрібних ссавців // Вісн. ДАУ. – 2003. – № 2. – С. 77–85. 49. Migliore L., Barale R., Bulluomini D. Cytogenetic dam� age induced in human lymphocytes by adriamicin and vincristine a comasrison between micronucleus and chromosomal aberration assays // Toxicol. In vitro. – 1997. – 1, № 2. – Р. 247–254. 50. Paul P.W. van Buul, Tuinenburg�Bolraap A., Searle A.G., Natarajan A.T. A search for radiosensitive mouse mutants by vise of the micronucleus technique // Mutat. Res. – 1987. – 191. – Р. 163–169. 51. Шмакова Н.Л., Фадеева Т.А., Красавин Е.А. Дейст� вие малых доз облучения на клетки китайского хо� мячка // Радиац. биология. – 1998. – 38, вып. 6. – С. 841–847. 52. Milvia C.C., Nesti C., Muzzoli M., Pasetti P., Pinamonti S. Correlation between age and DNA damage detected by FADU in human peripheral blood lymphocytes // Mutat. Res. – 1996. – 316. – Р. 201–208. 53. Cliet I., Melcion C., Cordier A. Lack of predictivity of bone marrow micronucleus test versus testis micronu� cleus test: comparison with four carcinogens // Mutat. Res. – 1993. – 292. – Р. 105–111. 54. Henderson L., Fedyk J., Windebank S., Smith M. Induction of micronuclei in rat bone marrow and peripheral blood following acute and subchronic administration of azathioprine // Mutat. Res. – 1993. – 291. – P. 79–85. 55. Veskova T.V., Malashenko A.M. Clastogenic effect of thiophosphamide in spermatogonia of inbred strains of mice // Genetika. – 1991. – 27. – P. 285–289. 56. Фоменко Л.А., Газиев А.И. Повышенная частота микроядер в эритроцитах костного мозга у потом� ства самцов мышей, подвергнутых хроническому гамма�облучению в малых дозах // Проблемы ра� диационной генетики на рубеже веков : Тез. докл. Международ. конф. – Ереван, 2000. – С. 204. 57. Kosmos C., Koteles G. Micronuclei in x�irradiated human lymphocytes // Mutat. Res. – 1988. – 199. – Р. 31–35. 58. Романова Е.П., Бездробная Л.К., Дрозд И.П. Первич� ный скрининг людей, подвергающихся хроническо� му облучению в малых дозах // Проблемы ради� ационной генетики на рубеже веков : Тез. докл. Международ. конф. – Ереван, 2000. – С. 315. 59. Ganguly, Bandana B. Cell division, chromosomal dam� age and micronucleus formation in peripheral lympho� cytes of healthy donors: related to donor’s age // Mutat. Res. – 1993. – 295. – P. 135–148. 60. Erexson G.L., Kligerman A.D., Bryant M.F., Sontag M.R., Halperin E.C. Induction of micronuclei by x�radiation in human, mouse and rat peripheral blood lymphocytes // Mutat. Res. – 1991. – 253. – P. 193–198. Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих 71 61. Fenech M., Morleu A. Cynokinesis�block micronucleus method in human lymphocytes effect of in vivo ageing and low dose x�irradiation // Mutat. Res. – 1986. – 126. – P. 193–198. 62. Rodilla V., Rellicer J.A., Sevrano A., Pertusa J. Possible relationship between micronucleated and binucleated cells induced by cysplatin in cultured CHO cells // Mutat. Res. – 1993. – 291. – Р. 35–41. 63. Pertusa J., Rellicer J.A., Alcober V. Binucleate cells in the Ehrlich ascites tumor : Autoradiographic labelling // Biol. Cell. – 1965. – P. 75–77. 64. Pellicer J.A., Pertusa J., Alcober V. Binuclear cells in the Ehrlich ascites tumor. Action of 5�fluorouracil // Biol. Cell. – 1987. – 60. – P. 255–258. 65. Matsuoka A., Yamazaki N., Suzuki T., Hayashi M., Sofuni T. Evaluation of the micronucleus test using a Chinese hamster cell line as an alternative to the con� ventional in vitro chromosomal aberration test // Mutat. Res. – 1993. – 272. – P. 223–236. 66. Domingues I., Panneerselvam N., Escalza P., Nata� rajan A.T., Cortes F. Adaptive response to radiation damage in human lymphocytes conditioned with hydrogen peroxide as measured by the cytokinesis� block micronuceus technique // Mutat. Res. – 1993. – 301. – P. 135–141. 67. Kirchner S., Stopper H., Papp T., Eckert I., Yoo H.J., Vig B.K., Schiffmann D. Cytogenetic changes in pri� mary, immortalized and malignant mammalian cells // Toxicol. Lett. – 1993. – 67. – P. 283–295. 68. Назаренко С.А., Тимошевский В.А. Анализ частоты спонтанной анеуплоидии в соматических клетках человека с помощью технологии интерфазной ци� тогенетики // Генетика. – 2004. – № 2. – С. 195–204. 69. Пилинская М.А. Цитогенетические эффекты в со� матических клетках лиц, пострадавших вследствие Чернобыльской катастрофы, как биомаркер дей� ствия ионизирующих излучений в малых дозах // Радиац. медицина. – 1999. – 2. – С. 60–66. 70. Eichenlaub�Ritter U., Baart E., Yin H., Betzendahl I. Mechanisms of spontaneous and chemically�induced aneuploidy in mammalian oogenesis: basis of sex�spe� cific differences in response to aneugens and the r�r necessity for further tests // Mutat. Res. – 1996. – 372. – P. 279. 71. Parry E.M., Sharp D.C., Parry J.M. The observation of mitotic division aberrations in mammalian cells exposed to chemical and radiation treatments // Mutat. Res. – 1985. – 150. – P. 369–381. 72. Brinkley B.R., Tousson A., Valdivia M.M. The kineto� chore of mammalian chromosomes: structure and function in normal mitosis and aneuploidy // Environ. Mol. Mutagen. – 1995. – 26. – P. 226–233 73. Sorger P.K., Dobles M., Tournebize R., Hyman A.A. Coupling cell division and cell death to microtubule dy� namics // Curr. Opin. Cell Biol. – 1997. – 9. – Р. 807–814. 74. Nigro S., Geido E., Infusini E., Orecchia R., Giaretti W. Transfection of human mutated K�ras in mouse NIH� 3T3 cells is associated with increased cloning efficien� cy and DNA aneuploidization // Int. J. Cancer. – 1996. – 67. – P. 871–875. 75. Kallio M., Landetie J. Fragmentation of centromeric DNA and prevention of homologous chromosome sep� aration in male mouse meiosis in vivo by the topoiso� merase II inhibitor etoposide // Mutagenesis. – 1996. – 11. – P. 435–443. 76. Gassner P., Adier I.D. Induction of hypoploidy and cell cycle delay by acrylamide in somatic and germinal cells of male mice // Mutat. Res. – 1996. – 367. – Р. 195–202. 77. Stopper H., Korber C., Schiffmann D., Caspary W.J. Cell� cycle dependent micronucleus formation and mitotic disturbances induced by 5�azacytidine in mammalian cells // Mutat. Res. – 1993. – 300. – P. 165–177. 78. Dyban A.P., Noniashvili E.M., Freidin M.I. Cytogenetic analysis of sister chromosome sets in the second polar body and in pronuclei of unicellular mouse embryos. 1. Frequency and origin of aneuploidy in embryos het� erozygous for the reciprocal chromosome translocation T [14;15]6Ca // Ontogenez. – 1998. – 29. – P. 113–122. Поступила 26.06.06 72 О.А. Ковалева ISSN 0564–3783. Цитология и генетика. 2008. № 1

Цитогенетические аномалии в соматических клетках млекопитающих

Репозитарії

Схожі ресурси