Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2025. Том 70. № 6
DOI:10.33266/1024-6177-2025-70-6-20-27
В.И. Архипова1, А.М. Лягинская1, С.А. Абдуллаев1, 2 , О.В. Паринов1,
Е.Г. Метляев1
ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МИТОХОНДРИЙ
В ЯИЧНИКАХ И ЛИМФОЦИТАХ КРОВИ МЫШЕЙ ПОСЛЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ
1 Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна ФМБА России, Москва
2 Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино
Контактное лицо: Валерия Ильинична Архипова, e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
РЕФЕРАТ
Цель исследования: Экспериментальная оценка повреждений ядерной ДНК (яДНК) и митохондриальной ДНК (мтДНК), количественного содержания копий мтДНК и ее мутантных форм (гетероплазмии), а также уровня оксидативного стресса (малоновый диальдегид, МДА) и активности антиоксидантной системы (восстановленный глутатион, ГЛТ) в лимфоцитах и яичниках мышей после воздействия рентгеновского излучения в дозе 2 Гр.
Материал и методы: В исследовании использованы самки мышей линии C57B16 2-х месячного возраста и массой 22‒25 г. Животных подвергали воздействию рентгеновского излучения в дозе 2 Гр. В качестве оценочных молекулярно-генетических и биохимических параметров использовали повреждение ядерной ДНК (яДНК) и митохондриальной ДНК (мтДНК), общую копийность и степень гетероплазмии (мутантных копий мтДНК), а также уровни малонового диальдегида (МДА) и восстановленного глутатиона (ГЛТ). Анализы выполняли через 24 ч и 7 сут после облучения.
Результаты: Результаты исследования показали, что облучение мышей в дозе 2 Гр приводило к повышению уровня повреждений яДНК и мтДНК в лимфоцитах крови и яичниках. Показано, что количество копий мтДНК увеличивается относительно яДНК в лимфоцитах и яичниках мышей в течение 7 сут пострадиационного времени. Однако с увеличением общего количества копий мтДНК увеличивается уровень мутантных копий мтДНК. Отмечено существенное накопление мутантных копий мтДНК (до 15 % в лимфоцитах и 18 % в яичниках к 7-м сут). При этом, у мышей после облучения в обеих исследуемых тканях регистрировалось повышение уровня МДА, а также снижение уровня ГЛТ по сравнению с контрольными животными. Изменения всех изучаемых параметров были более выражены в ткани яичников по сравнению с лимфоцитами.
Заключение: Проведенное исследование демонстрирует, что радиационное воздействие индуцирует митохондриальную дисфункцию, характеризующуюся повреждениями мтДНК, накоплением мутантных копий, развитием оксидативного стресса. Выраженные изменения в яичниках подчеркивают высокую радиочувствительность репродуктивных органов. Повреждение мтДНК и последующая митохондриальная дисфункция являются одним из ведущих механизмов радиационного повреждения тканей, что имеет важное значение для оценки отдаленных последствий, включая нарушения репродуктивной функции и трансгенерационные эффекты.
Ключевые слова: рентгеновское излучение, мыши, лимфоциты, яичники, митохондриальная дисфункция
Для цитирования: Архипова В.И., Лягинская А.М., Абдуллаев С.А., Паринов О.В., Метляев Е.Г. Оценка функционального состояния митохондрий в яичниках и лимфоцитах крови мышей после рентгеновского облучения // Медицинская радиология и радиационная безопасность. 2025. Т. 70. № 6. С. 20–27. DOI:10.33266/1024-6177-2025-70-6-20-27
Список литературы
1. Публикация 103 Международной Комиссии по радиационной защите (МКР3): Пер. с англ. / Под общ. ред. М.Ф.Киселёва и Н.К.Шандалы. М.: Алана, 2009. 312 с. [Publikatsiya 103 Mezhdunarodnoy Komissii po Radiatsionnoy Zashchite (MKR3) = Publication 103 of the International Commission on Radiological Protection (ICRP-3). Ed. M.F.Kiselov, N.K.Shandala. Moscow, Alana Publ., 2009. 312 p. (In Russ.)].
2. Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 100 с. [Normy Radiatsionnoy Bezopasnosti NRB-99/2009 = Radiation Safety Standards NRB-99/2009. Sanitary and Epidemiological Rules and Regulations. Moscow, Federal’nyy Tsentr Gigiyeny i Epidemiologii Rospotrebnadzora Publ., 2009. 100 p. (In Russ.)].
3. Suomalainen A. Mitochondrial DNA and Disease. Annals of Medicine. 1997;29;3:235-246. Doi: 10.3109/07853899708999341.
4. Chinnery P.F., Johnson M.A., Wardell T.M., Singh-Kler R., Hayes C., Brown D.T., Taylor R.W., Bindoff L.A., Turnbull D.M. The Epidemiology of Pathogenic Mitochondrial DNA Mutations. Ann Neurol. 2000;48;2:188-93.
5. Majamaa K., Moilanen J.S., Uimonen S., Remes A.M., Salmela P.I., Karppa M., Majamaa-Voltti K.A., Rusanen H., Sorri M., Peuhkurinen K.J., Hassinen I.E. Epidemiology of A3243G, the Mutation for Mitochondrial Encephalomyopathy, Lactic Acidosis, and Strokelike Episodes: Prevalence of the Mutation in an Adult Population. Am J Hum Genet. 1998;63;2:447-454. Doi: 10.1086/301959.
6. Schapira A.H. Mitochondrial Disease. Lancet. 2006;368;9529:70-82. Doi: 10.1016/S0140-6736(06)68970-8.
7. Seino R., Kubo H., Nishikubo K., Fukunaga H. Radiation-Induced Impacts on Mitochondrial DNA and the Transgenerational Genomic Instability. Environment International. 2025;196: 109315. Doi:10.1016/j.envint.2025.109315
8. Elias-Lopez A.l., Vázquez-Mena O., Sferruzzi-Perri A.N. Mitochondrial Dysfunction in the Offspring of Obese Mothers and it’s Transmission through Damaged Oocyte Mitochondria: Integration of Mechanisms. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2023;1869:166802.
9. Turner N., Robker R.L. Developmental Programming of Obesity and Insulin Resistance: does Mitochondrial Dysfunction in Oocytes Play a Role? Mol. Hum. Reprod. 2015;21:23–30.
10. Gyllenhammer L.E., Entringer S., Buss C., Wadhwa P.D. Developmental Programming of Mitochondrial Biology: a Conceptual Framework and Review. Proc. Biol. Sci. 2020;287: 20192713.
11. Wang Q., Stringer J.M., Liu. J., et al. Evaluation of Mitochondria in Oocytes Following γ-Irradiation. Sci. Rep. 2019;9:19941. Doi:10.1038/s41598-019-56423-w.
12. Абдуллаев С.А. Пострадиационные механизмы функционирования и стабилизации митохондриального генома: Автореф. Дис… докт. мед. наук. М., 2023. 45 с. [Abdullayev S.A. Postradiatsionnyye Mekhanizmy Funktsionirovaniya i Stabilizatsii Mitokhondrial’nogo Genoma = Post-Radiation Mechanisms of Functioning and Stabilization of the Mitochondrial Genome. Extended Abstract of Doctor’s Thesis (Med.). Moscow Publ., 2023. 45 p. (In Russ.)].
13. Wen Zhanga, Shi Chena, Hua Guan, Ping-Kun Zhou. Radiation-Induced Non-Targeted Effect of Immunity Provoked by Mitochondrial DNA Damage Triggered cGAS/ AIM2 Pathways. Radiation Medicine and Protection. 2022;3:47–55. Doi: 10.1016/j.radmp.2022.05.002.
14. Anderson S., Bankier A.T., Barrell B., de Bruijn M.H., Coulson A.R., Drouin J., Eperon I.C., Nierlich D.P., Roe B.A., Sanger F., et al. Sequence and Organization of the Human Mitochondrial Genome. Nature. 1981;290:457-465. Doi: 10.1038/290457a0.
15. St John J.C., Okada T., Andreas E., Penn A. The Role of mtDNA in Oocyte Quality and Embryo Development. Mol. Reprod. Dev. 2023;90:621-633. Doi: 10.1002/mrd.23640.
16. Лягинская А.М., Петоян И.М., Ермалицкий А.П., Купцов В.В., Карелина Н.М. Радиационно-гигиенические аспекты состояния репродуктивного здоровья мужчин персонала АЭС // Гигиена и санитария. 2017. Т.96. №96. С. 883-887 [Lyaginskaya A.M., Petoyan I.M., Yermalitskiy A.P., Kuptsov V.V., Karelina N.M. Radiation-Hygienic Aspects of the Reproductive Health of Male NPP Personnel. Gigiyena i Sanitariya = Hygiene and Sanitation, Russian Journal. 2017;96;9:883-887 (In Russ.)] Doi: 10.47470/0016-9900-2017-96-9-883-887.
17. Иванов И.И. Биоэнергетика в тканях и клетках при остром и лучевом поражении // Проблемы энергетики в облученном организме. Т.VI. М.: Атомиздат, 1977. С.196-201. [Ivanov I.I. Bioenergetics in Tissues and Cells during Acute and Radiation Injury. Problemy Energetiki v Obluchennom Organizme = Problems of Energetics in the Irradiated Organism. Т.VI. Moscow, Atomizdat Publ., 1977. P.196-201. (In Russ.)].
18. Манойлов С.Е. Корреляция между радиочувствительностью и состоянием биоэнергетики // Проблемы энергетики в облученном организме. T.VI. М.: Атомиздат, 1977. С.128-153 [Manoylov S.Ye. Correlation between Radiosensitivity and the State of Bioenergetics. Problemy Energetiki v Obluchennom Organizme = Problems of Energetics in the Irradiated Organism. Т.VI. Moscow, Atomizdat Publ., 1977. P. 128-153 (In Russ.)].
19. Абдуллаев С.А., Анищенко Е.С., Газиев А.И. Мутантные копии митохондриальной ДНК в тканях и в плазме мышей, подвергнутых воздействию рентгеновским излучением. // Радиационная биология. Радиоэкология. 2010. Т.50. №3. С. 318-328 [Abdullayev S.A., Anishchenko Ye.S., Gaziyev A.I. Mutant Copies of Mitochondrial DNA in Tissues and Plasma of Mice Exposed to X-ray Radiation. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2010;50;3:318-328 (In Russ.)].
20. Furda A., Santos J.H., Meyer J., Van Houten B. Quantitative PCR-Based Measurement of Nuclear and Mitochondrial DNA Damage and Repair in Mammalian cells. Methods Mol Biol. 2014;1105:419-437. Doi: 10.1007/978-1-62703-739-6_31.
21. Abdullaev S., Gubina N., Bulanova T., Gaziev A. Assessment of Nuclear and Mitochondrial DNA, Expression of Mitochondria-Related Genes in Different Brain Regions in Rats after Whole-Body X-Ray Irradiation. Int J Mol Sci. 2020;21:1196. Doi: 10.3390/ijms21041196.
22. Абдуллаев С.А., Глухов С.И., Газиев А.И. Мелатонин снижает радиационные повреждения селезенки и увеличивает выживаемость при его введении до и после воздействия на мышей рентгеновского излучения // Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т.62. №5. С. 523-531. Doi:10.31857/S0869803122050034 [Abdullayev S.A., Glukhov S.I., Gaziyev A.I. Melatonin Reduces Radiation Damage to the Spleen and Increases Survival when Administered before and after Exposure of Mice to X-Rays. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2022;62;5:523-531 (In Russ.)]. Doi: 10.31857/S0869803122050034.
23. Bannwarth S., Procaccio V., Paquis-Flucklinger V. Rapid Identification of Unknown Heteroplasmic Mitochondrial DNA Mutations with Mismatch-Specific Surveyor Nuclease. Methods Mol. Biol. 2009;554:301-313. Doi: 10.1007/978-1-59745-521-3_19.
24. Abdullaev S.A., Glukhov S.I., Gaziev A.I. Radioprotective and Radiomitigative Effects of Melatonin in Tissues with Different Proliferative Activity. Antioxidants (Basel). 2021;10;12:1885. Doi: 10.3390/antiox10121885.
25. Buege J.A., Aust S.D. Microsomal Lipid Peroxidation. Meth. Enzymol. 1978;52:302-310. Doi: 10.1016/s0076-6879(78)52032-6.
26. Ellman G.L. Tissue Sulfhydryl Groups. Arch. Biochem. Biophys. 1959;8:70-77. Doi: 10.1016/0003-9861(59)90090-6.
27. Van Houten B., Hunter S.E., Meyer J.N. Mitochondrial DNA Damage Induced Autophagy, Cell Death, and Disease. Front. Biosci. 2016;21:42-54. Doi: 10.2741/4375.
28. Peeva V., Blei D., Trombly G., et al. Linear Mitochondrial DNA is Rapidly Degraded by Components of the Replication Machinery. Nat. Commun. 2018;9;1:1727. Doi: 10.1038/s41467-018-04131-w.
29. Zhao L. Mitochondrial DNA Degradation: A Quality Control Measure for Mitochondrial Genome Maintenance and Stress Response. Enzymes. 2019;45:311-341. Doi: 10.1016/bs.enz.2019.08.004.
30. Golpich M., Amini E., Mohamed Z., et al. Mitochondrial Dysfunction and Biogenesis in Neurodegenerative Diseases: Pathogenesis and Treatment. CNS Neurosci. Ther. 2017;23;1:5-22. Doi: 10.1111/cns.12655.
31. Wisnovsky S., Sack T., Pagliarini D.J., et al. DNA Polymerase θ Increases Mutational Rates in Mitochondrial DNA. ACS Chem Biol. 2018;13:900-908. Doi: 10.1021/acschembio.8b00072.
32. Collins Y., Chouchani E., James A., et al. Mitochondrial Redox Signaling at a Glance. J Cell Sci. 2012;125:801-806. Doi: 10.1242/jcs.098475.
33. Газиев А.И., Подлуцкий А.Я. Низкая эффективность репарации ДНК в митохондриях // Цитология. 2003. Т.45. C. 403-417 [Gaziyev A.I., Podlutskiy A.Ya. Low Efficiency of DNA Repair in Mitochondria. Tsitologiya = Cytology. 2003;45:403-417 (In Russ.)].
34. Gaziev A.I., Abdullaev S., Podlutsky A. Mitochondrial Function and Mitochondrial DNA Maintenance with Advancing age. Biogerontology. 2014;15:417-438. Doi: 10.1007/s10522-014-9515-2.
35. Wang K., Gan M., Lei Y., Liao T., Li J., Niu L., Zhao Y., Chen L., Wang Y., Zhu L., Shen L. Perspectives on Mitochondrial Dysfunction in the Regeneration of Aging Skeletal Muscle. Cell Mol Biol Lett. 2025;30;1:94. Doi: 10.1186/s11658-025-00771-1.
36. Soni N., Kaur P., Gurjar V., Bhargava A., Tiwari R., Chouksey A., Srivastava R.K., Mishra P.K. Unveiling the Interconnected Dynamics of Mitochondrial Dysfunction Associated with Age-Related Cardiovascular Risk: a Cross-Sectional Pilot Study. Cureus. 2025;17;4:e82961. Doi: 10.7759/cureus.82961.
PDF (RUS) Полная версия статьи
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Участие авторов. Cтатья подготовлена с равным участием авторов.
Поступила: 20.07.2025. Принята к публикации: 25.08.2025.