zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2024-64-9-628-632femhkgzurniimtpe-3566Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯBRIEF REPORTSЭкспрессия генов репарации ДНК у работников производства свинца из вторичного сырьяExpression of DNA repair genes in workers producing lead from recycled materialshttps://orcid.org/0000-0002-7029-3406ШаиховаДарья РамильевнаShaikhovaDaria R.

Научный сотрудник отдела молекулярной биологии и электронной микроскопии

e-mail: darya.boo@mail.ru

Researcher, Department of Molecular Biology and Electron Microscopy

e-mail: darya.boo@mail.ru

darya.boo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8794-7288КикотьАнна МихайловнаKikotAnna M.

Младший научный сотрудник отдела молекулярной биологии и электронной микроскопии

e-mail: kikotam@ymrc.ru

Junior Researcher, Department of Molecular Biology and Electron Microscopy

e-mail: kikotam@ymrc.ru

kikotam@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4109-9268БерёзаИван АндреевичBerezaIvan A.

Научный сотрудник отдела молекулярной биологии и электронной микроскопии

e-mail: berezaia@ymrc.ru

Researcher, Department of Molecular Biology and Electron Microscopy

e-mail: berezaia@ymrc.ru

berezaia@ymrc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1743-7642СутунковаМарина ПетровнаSutunkovaMarina P.

Директор, д-р мед. наук

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

Director, Dr. of Sci. (Med.)

e-mail: sutunkova@ymrc.ru

sutunkova@ymrc.ruhttps://orcid.org/0009-0003-7531-1372БрагинаИрина ВикторовнаBraginaIrina V.

Заместитель руководителя Роспотребнадзора, д-р мед. наук

e-mail: braginairinaviktorovna@gmail.com

Deputy Head of the Federal Service for Supervision of Consumer Protection, Dr. of Sci. (Med.)

e-mail: braginairinaviktorovna@gmail.com

braginairinaviktorovna@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6475-7753ГурвичВладимир БорисовичGurvichVladimir B.

Научный руководитель, д-р. мед. наук

e-mail: gurvich@ymrc.ru

Scientific Director, Dr. Sci. (Med.)

e-mail: gurvich@ymrc.ru

gurvich@ymrc.ruФБУН «Екатеринбургский медицинский научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» РоспотребнадзораРоссияYekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial WorkersRussian FederationФедеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияFederal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human WellbeingRussian Federation202414102024649628632Copyright © Шаихова Д.Р., Кикоть А.М., Берёза И.А., Сутункова М.П., Брагина И.В., Гурвич В.Б., 20242024Шаихова Д.Р., Кикоть А.М., Берёза И.А., Сутункова М.П., Брагина И.В., Гурвич В.Б.Shaikhova D.R., Kikot A.M., Bereza I.A., Sutunkova M.P., Bragina I.V., Gurvich V.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/3566

Условия труда на предприятиях по производству свинца, где в воздухе рабочей зоны присутствует большое количество вредных химических веществ, среди которых ведущим фактором риска является свинец, оказывают негативное влияние на здоровье рабочих. Данный ксенобиотик нарушает многочисленные биохимические процессы и влияет на многие системы организма. Особый интерес представляет понимание действия свинца на молекулярном уровне, так как помимо общих механизмов повреждений молекул и ультраструктур через окислительный стресс, свинец способен связываться с большой бороздкой ДНК. Изменение уровня экспрессии генов в ответ на токсическое воздействие рассматривается как один из биомаркеров эффекта и может служить для разработки мероприятий по ранней диагностике нарушений здоровья у экспонированных групп населения, в том числе работающего во вредных условиях.

Цель исследования — изучить экспрессию генов репарации ДНК у работников производства по переработке свинца из вторичного сырья.

Обследованы стажированные мужчины, работающие на предприятии по производству свинца из вторичного сырья в профессии плавильщика (n=65) отделения рафинирования, плавильщика (n=11) отделения чернового свинца, сушильщика (n=10) отделения чернового свинца. В группу сравнения вошли мужчины (n=20), работающие на этом же предприятии и не имеющие контакта с вредными факторами производства.

Амплификацию исследуемых генов (ATM, CDKN1A и MDM) проводили в режиме реального времени с использованием амплификатора QuantStudio 3 (Thermo Fisher Scientific, США).

Было обнаружено, что уровень экспрессии гена ATM статистически значимо отличался у всех трёх исследуемых групп от группы сравнения. Экспрессия гена CDKN1A увеличивалась по сравнению с группой сравнения лишь у плавильщиков отделения рафинирования. Также экспрессия данного гена была увеличена у плавильщиков отделения рафинирования по сравнению с плавильщиками отделения чернового свинца.

В данном исследовании продемонстрировано повышение уровня экспрессии CDKN1A у плавильщиков отделения рафинирования, что возможно является адаптационным механизмом системы репарации. Также у всех экспонированных групп было обнаружено снижение уровня экспрессии гена ATM, важного для поддержания клеточного гомеостаза. Дальнейшие исследования механизмов влияния свинца на экспрессию этих двух генов на экспериментальных моделях позволят использовать уровни экспрессии в качестве ранних биомаркеров эффекта как общего воздействия Pb (ген ATM), так и дозозависимого (ген CDKN1A).

Ограничения исследования

Ограничения исследования. В данном исследовании не определялась этническая принадлежность.

Этика

Этика. Исследования были проведены в соответствии этическим принципам, изложенными в Хельсинкской декларации всемирной медицинской ассоциации и одобрены локальным этическим комитетом ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол № 1 от 26.02.2021 г.).

Участие авторов

Участие авторов:Шаихова Д.Р. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;Кикоть А.М. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;Берёза И.А. — концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, написание текста;Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, редактирование;Брагина И.В. — концепция и дизайн исследования, редактирование;Гурвич В.Б. — концепция и дизайн исследования, редактирование.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов.

Дата поступления

Дата поступления: 20.08.2024 / Дата принятия к печати: 12.09.2024 / Дата публикации: 10.10.2024

Working conditions at lead production plants, where a large number of harmful chemicals are present in the air of the work area, among which lead is the leading risk factor, have a negative impact on the health of workers. This xenobiotic disrupts numerous biochemical processes and affects many body systems. Of particular interest is the understanding of the action of lead at the molecular level, since in addition to the general mechanisms of damage to molecules and ultrastructures as a result of oxidative stress, lead is able to bind to a large DNA groove. A change in the level of gene expression in response to toxic exposure is considered as one of the biomarkers of the effect and can serve to develop measures for the early diagnosis of health disorders in exposed populations, including those working in harmful conditions.

The study aims to consider the expression of DNA repair genes in workers of lead processing from secondary raw materials.

The researchers examined the interned men working at the enterprise for the production of lead from secondary raw materials in the profession of a smelter (n=11) of the rough lead department, a dryer (n=10) of the rough lead department.

The comparison group included men (n=20) who work at the same enterprise and have no contact with harmful factors of production. We have performed amplification of the studied genes (ATM, CDKN1A and MDM) in real time using the QuantStudio 3 amplifier (Thermo Fisher Scientific, USA).

It was found that the expression level of the ATM gene was statistically significantly different in all three study groups from the comparison group. The expression of the CDKN1A gene increased in comparison with the comparison group only in the smelters of the refining department. Also, the expression of this gene was increased in the smelters of the refining department compared with the smelters of the rough lead department.

In this study, an increase in the expression level of CDKN1A in smelters of the refining department was demonstrated, which may be an adaptive mechanism of the repair system. Also, in all exposed groups, the researchers found a decrease in the expression level of the ATM gene, which is important for maintaining cellular homeostasis. Further studies of the mechanisms of the influence of lead on the expression of these two genes in experimental models will allow the use of expression levels as early biomarkers of the effect of both total Pb exposure (ATM gene) and dose-dependent (CDKN1A gene).

Limitations

Limitations. Ethnicity was not determined in this study.

Ethics

Ethics. The studies were conducted in accordance with the ethical principles set out in the Helsinki Declaration of the World Medical Association and approved by the local Ethics committee of the Federal State Budgetary Institution of the Russian National Research Center of Rospotrebnadzor (Protocol No. 1 of 02/26/2021).

Contribution

Contribution:Shaikhova D.R. — the concept and design of the study, the collection of material and data processing, the writing of the text;Kikot A.M. — research concept and design, material collection and data processing, text writing;Bereza I.A. — concept and design of research, collection of material and data processing, writing text;Sutunkova M.P. — concept and design of the study, editing;Bragina I.V. — concept and design of the study, editing;Gurvich V.B. — concept and design of the study, editing.

Funding

Funding. The study had no funding.

Conflict of interests

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interests.

Received

Received: 20.08.2024 / Accepted: 12.09.2024 / Published: 10.10.2024

экспрессия геноврепарациясвинецбиомаркерыпрофессиональный рискgene expressionrepairleadbiomarkersoccupational riskReferencesИващенко М.А., Федорук А.А., Мартин С.В., Кудряшов И.Н. Гигиеническая оценка условий труда плавильщиков при получении свинца из вторичного сырья. Проблемы гигиенической безопасности и профилактики нарушений трудоспособности у работающих: Материалы Всероссийской научно-практической интернет-конференции, Нижний Новгород, 24–25 ноября 2021 года. Под редакцией И.А. Умнягиной. Нижний Новгород: Медиаль, 2021: 96–102.Ivashchenko M.A., Fedoruk A.A., Martin S.V., Kudryashov I.N. Hygienic assessment of working conditions of smelters during lead production from secondary raw materials. In: Umnyagina I.A., ed. Problems of Hygienic Safety and Disease Prevention in Workers: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Internet Conference, Nizhny Novgorod, November 24–25, 2021. Nizhny Novgorod: Medial; 2021: 96–102 (in Russian).Гомзикова Е.А., Шеломенцев И.Г. Анализ осевшей пыли методом рентгенфлуоресцентного анализа (РФА) для экспрессной идентификации элементного состава аэрозолей рабочей зоны. Практические аспекты социально-гигиенического мониторинга и управления риском здоровью населения: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, г. Екатеринбург, 5–6 октября 2023 года. Под ред. А.Ю. Поповой. Екатеринбург: ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора; 2023: 56–57.Gomzikova E.A., Shelomentsev I.G. Analysis of settled dust by X-ray fluorescence analysis (XRF) for express identification of the elemental composition of aerosols in the working area. In: Popova A.Yu., ed. Practical Aspects of Public Health Monitoring and Health Risk Management: Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference with international participation, Yekaterinburg, October 5–6, 2023. Yekaterinburg: Yekaterinburg Medical Research Center for Prophylaxis and Health Protection in Industrial Workers; 2023: 56–57 (in Russian).Giel-Pietraszuk M., Hybza K., Chełchowska M., Barciszewski J. Mechanisms of lead toxicity. Adv. Cell Biol. 2012; 39: 17–248.Giel-Pietraszuk M., Hybza K., Chełchowska M., Barciszewski J. Mechanisms of lead toxicity. Adv. Cell Biol. 2012; 39: 17–248.Flora G., Gupta D., Tiwari A. Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdiscip. Toxicol. 2012; 5(2): 47–58. https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2Flora G., Gupta D., Tiwari A. Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdiscip. Toxicol. 2012; 5(2): 47–58. https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2Shilpa O., Anupama K.P., Antony A., Gurushankara H.P. Lead (Pb) induced oxidative stress as a mechanism to cause neurotoxicity in Drosophila melanogaster. Toxicology. 2021; 462: 152959. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152959Shilpa O., Anupama K.P., Antony A., Gurushankara H.P. Lead (Pb) induced oxidative stress as a mechanism to cause neurotoxicity in Drosophila melanogaster. Toxicology. 2021; 462: 152959. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152959Besson A., Dowdy S.F., Roberts J.M. CDK Inhibitors: Cell cycle regulators and beyond. Dev. Cell. 2008; 14(2): 159–169. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2008.01.013Besson A., Dowdy S.F., Roberts J.M. CDK Inhibitors: Cell cycle regulators and beyond. Dev. Cell. 2008; 14(2): 159–169. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2008.01.013Ullah Z., Lee C.Y., DePamphilis M.L. Cip/Kip cyclin-dependent protein kinase inhibitors and the road to polyploidy. Cell Div. 2009; 4: 10. https://doi.org/10.1186/1747-1028-4-10Ullah Z., Lee C.Y., DePamphilis M.L. Cip/Kip cyclin-dependent protein kinase inhibitors and the road to polyploidy. Cell Div. 2009; 4: 10. https://doi.org/10.1186/1747-1028-4-10Yang B., Li X. Unveiling the mechanisms of bone marrow toxicity induced by lead acetate exposure. Biol. Trace Elem. Res. 2024; 202(3): 1041–1066. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03733-wYang B., Li X. Unveiling the mechanisms of bone marrow toxicity induced by lead acetate exposure. Biol. Trace Elem. Res. 2024; 202(3): 1041–1066. https://doi.org/10.1007/s12011-023-03733-wGuo Q.Q., Wang S.S., Zhang S.S., Xu H.D., Li X.M., Guan Y., et al. ATM-CHK2-Beclin 1 axis promotes autophagy to maintain ROS homeostasis under oxidative stress. EMBO J. 2020; 39(10): 103111. https://doi.org/10.15252/embj.2019103111Guo Q.Q., Wang S.S., Zhang S.S., Xu H.D., Li X.M., Guan Y., et al. ATM-CHK2-Beclin 1 axis promotes autophagy to maintain ROS homeostasis under oxidative stress. EMBO J. 2020; 39(10): 103111. https://doi.org/10.15252/embj.2019103111Gu X.Y., Qi Y.M., Feng Z.X., Ma L., Gao K., Zhang Y.M. Lead (Pb) induced ATM-dependent mitophagy via PINK1/Parkin pathway. Toxicol. Lett. 2018; 291: 92–100. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2018.04.012Gu X.Y., Qi Y.M., Feng Z.X., Ma L., Gao K., Zhang Y.M. Lead (Pb) induced ATM-dependent mitophagy via PINK1/Parkin pathway. Toxicol. Lett. 2018; 291: 92–100. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2018.04.012Zhang J., Tripathi D.N., Jing J., Alexander A., Kim J., Powell R.T. et al. ATM functions at the peroxisome to induce pexophagy in response to ROS. Nat. Cell Biol. 2015; 17(10): 1259–1269. https://doi.org/10.1038/ncb3230Zhang J., Tripathi D.N., Jing J., Alexander A., Kim J., Powell R.T. et al. ATM functions at the peroxisome to induce pexophagy in response to ROS. Nat. Cell Biol. 2015; 17(10): 1259–1269. https://doi.org/10.1038/ncb3230Qi Y., Ma L., Naeem S., Gu X., Chao X., Yuan C., Huang D. Pb induced mitochondrial fission of fibroblast cells via ATM activation. J. Hazard. Mater. 2021; 416: 126177. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126177Qi Y., Ma L., Naeem S., Gu X., Chao X., Yuan C., Huang D. Pb induced mitochondrial fission of fibroblast cells via ATM activation. J. Hazard. Mater. 2021; 416: 126177. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126177Hernández-Franco P., Maldonado-Vega M. et al. Role of Ape1 in impaired DNA repair capacity in battery recycling plant workers exposed to lead. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7961. https://doi.org/10.3390/ijerph19137961Hernández-Franco P., Maldonado-Vega M. et al. Role of Ape1 in impaired DNA repair capacity in battery recycling plant workers exposed to lead. Int. J. Environ. Res. Public Health. 2022; 19(13): 7961. https://doi.org/10.3390/ijerph19137961Hartwig A., Schwerdtle T. Interactions by carcinogenic metal compounds with DNA repair processes: Toxicological implications. Toxicol. Lett. 2002; 127(1–3): 47–54. https://doi.org/10.1016/S0378-4274(01)00482-9Hartwig A., Schwerdtle T. Interactions by carcinogenic metal compounds with DNA repair processes: Toxicological implications. Toxicol. Lett. 2002; 127(1–3): 47–54. https://doi.org/10.1016/S0378-4274(01)00482-9Hernández-Franco P., Silva M., Franco R., Valverde M., Rojas E. Lead facilitates foci formation in a Balb/c-3T3 two-step cell transformation model: Role of Ape1 function. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25: 12150–12158. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1396-5Hernández-Franco P., Silva M., Franco R., Valverde M., Rojas E. Lead facilitates foci formation in a Balb/c-3T3 two-step cell transformation model: Role of Ape1 function. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25: 12150–12158. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1396-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.