The role of genomic instability and expression of the p53 protein gene network in the processes of oncogenesis in first- and second-generation children living in radioactively contaminated areas

In this investigation, karyological (cytologic) examinations using the micronucleus test were conducted to further study the influence of a radiation factor on the health of first- and second-generation residents exposed to radiation. The most changes were established to be pronounced in first-generation individuals (mothers) with neoplasms. Karyological changes in their children were similar to maternal ones although there was no evidence of neoplasms in these children at the time of examination. The increase in the number of binucleated cells is an indicator for the toxic effect of radiation factors and an additional prognostic sign of their potential carcinogenic activity. To deepen the understanding of the mechanisms of action of the radiation factor on the health of residents exposed to radiation, the NanoString method was used to study the expression of the gene network of p53 protein that plays an important role in protecting the body against cancer. Twenty-four 24 genes statistically significantly changing the expression of the p53 protein gene network were identified; among them there were 5 genes that had undergone the maximum expression changes, which suggests that indicates there is an increased risk for malignant tumors in these residents. The study may indicate the transgenerational oncogenic transmission of the specific effects of radiation and, consequently, the risk of cancer.

1. Балева Л.С., Сипягина А.Е., Карахан Н.М. Состояние здоровья детского населения России, подвергшегося радиационному воздействию вследствие аварии на ЧАЭС. Итоги 29-летнего наблюдения Детского научно-практического центра противорадиационной защиты. Рос вестн перинатол и педиатр 2015; (4): 6–10. [Baleva L.S., Sipyagina A.E., Karakhan N.M. The state of health of children population of Russia affected by radioactive contamination following the accident at the Chernobyl nuclear power plant. The results of the 29-year observational study of Children’s scientific-practical center of antiradiation protection. Ros vestn perinatol i pediatr 2015; (4): 6–10. (in Russ)]

2. Балева Л.C., Кузьмина Т.Б., Сипягина А.Е., Засимова И.В. Состояние здоровья детей, облученных внутриутробно. Здоровье детей и радиация: актуальные проблемы и решения. Под ред. Балевой JI.C., Царегородцева А.Д. М: Медиа Сфера 2001; 76–79. [Baleva L.S., Sipyagina A.E., Zasimova I.V. State of health of children, radiation-exposed antenatal. Health of children and radiation: issues of the day and decisions. L.S. Baleva, A.D.Tsaregorodtsev (eds). Мoscow: Media Sfera 2001; 76–79. (in Russ)]

3. Сипягина А.Е. Радиочувствительность к малым дозам ионизирующего излучения у детей как основа развития соматических заболеваний: Автореф. дис… докт. мед. наук. М 2003; 47. [Sipyagina A.E. Radio sensitivity to small doses of ionizing radiation at children as a basis of development of somatic diseases: Avtoref. dis… dokt. med. nauk. Мoscow 2003; 47. (in Russ)]

4. Шевченко В.А. Современные проблемы оценки генетического риска облучения человека. Радиационная биология. Радиоэкология. 2000; 40: (5): 630–639. [Shevchenko V.A. Modern problems of assessment of the genetic risk of human exposure. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya 2000; 40: (5): 630–639. (in Russ)]

5. Воробцова И.В. До и после Чернобыльской аварии (воспоминания, исследования, гипотезы). Радиационная биология. Радиоэкология 2016; 56: (3): 231–236. [Vorobtcova I.V. Before and after the Chernobyl accident (memories, research, hypothesis). Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya 2006; 46: (4): 466–474. (in Russ)]

6. Бондаренко Н.А. Состояние здоровья детей, облученных внутриутробно в различные сроки после аварии на Чернобыльской АЭС, проживающих на территории, подвергшейся воздействию радионуклидов, и способы снижения негативных последствий радиационного воздействия: Автореф. дис… канд. мед. наук. М 2005; 25. [Bondarenko N.A. A state of health of the children irradiated inutero in various terms after the Chernobyl accident, living in the territory which was affected by radionuclides and ways of decrease in negative consequences of radiation effects. Avtoref. diss… kand. med. nauk. Мoscow 2005; 25. (in Russ)]

7. Яковлева И.Н., Сусков И.И., Балева Л.С. и др. Цитогенетические нарушения у лиц, подвергшихся воздействию радиойода в детском возрасте в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Детская онкология 2005; (3): 46–55. [Yakovlena I.N., Suskov I.I., Baleva L.S. et.al. Cytogenetic disorders at the persons which were affected by radio iodine at children’s age as a result of the Chernobyl accident. Detskaya onkologiya 2005; (3): 46–55. (in Russ)]

8. Сусков И.И., Кузьмина Н.С., Сускова В.С., Балева Л.С., Сипягина А.Е. Проблема индуцированной геномной нестабильности как основы повышенной заболеваемости у детей, подвергающихся низкоинтенсивному воздействию радиации в малых дозах. Радиационная биология. Радиоэкология. 2006; 3: 46: (2): 167–177. [Suskov I.I., Kuzmina N.S., Suskova. V.S., Baleva L.S., Sipyagina A.E. Problem of the induced genomic instability as a basis of the increased incidence at the children who are exposed to lowintensive influence of radiation in small doses. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya 2006; 3: 46: (2): 167–177. (in Russ)]

9. Балева Л.С., Сипягина А.Е., Яковлева И.Н., Карахан Н.М., Егорова Н.И. Иммунологические особенности нарушений у детей, проживающих в регионах с различным уровнем радионуклидного загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС. Рос вести перинатол педиатр 2015; (3): 85–89. [Baleva L.S., Sipyagina А.Е., Yakovleva I.N., Karakhan N.M., Egorova N.I. Immunological features of violations at the children living in regions with various level of radio nuclide pollution after Chernobyl accident. Ros vestn perinatol pediatr 2015; (3): 85–89. (in Russ)]

10. Корсаков А.В., Трошин В.П., Михалев В.П., Жилин А.В., Жилина О.В., Воробьева Д.А., Короткова Н.С. Сравнительная оценка частоты цитогенетических нарушений в буккальном эпителии детей на экологически неблагополучных территориях Брянской области. Токсикологический вестник 2012; (1): 29–34. [Korsakov A.V., Troshin V.P., Mikhalev V.P., Zhilin A.V., Zhilina O.V., Vorob’yeva D.A., Korotkova N.S. Comparative evaluation of the frequency of cytogenetic damage in the buccal epithelium of children in ecologically unfavorable areas of the Bryansk region. Toksikologicheskij vestnik 2012; (1): 29–34. (in Russ)]

11. Балева Л.С., Номура Т., Сипягина А.Е., Карахан Н.М., Якушева Е.Н., Егорова Н.И. Цитогенетические эффекты и возможности их трансгенерационной передачи в поколениях лиц, проживающих в регионах радионуклидного загрязнения после аварии на Чернобыльской АЭС. Рос вести перинатол педиатр 2016. 61: 3.87–95 [Baleva L.S., Nomura T., Sipyagina A.Ye., Karakhan N.M., Yakusheva Ye.N., Yegorova N.I. Cytogenetic effects and the possibility of transgenerational transmission in generations of persons residing in the regions of radioactive contamination after the Chernobyl accident. Ros vestn perinatol pediatr 2016; 61: (3): 87–95 (in Russ)]

12. Бродский В.Я., Урываева И.В. Клеточная полиплоидия. Пролиферация и дифференцировка. М: Наука 1981; 237. [Brodskiy V.Ya., Uryvayeva I.V. Cellular poliploidiya. Proliferation and differentiation. Moscow: Nauka 1981; 237. (in Russ)]

13. Колюбаева С.Н. Хромосомные аберрации, микроядра и апоптоз в лимфоцитах при радиационных воздействиях и других патологических состояниях. Автореф. дисс… докт. мед. наук. Обнинск 2010; 34. [Koliubaeva S N. Chromosomal aberrations, micronuclei and apoptosis in lymphocytes in radiation exposures and other pathological conditions. Avtoref. dis… dokt. med. nauk. Obninsk 2010; 34. (in Russ)]

14. Воробцова И.В. Трансгенерационная передача радиационно-индуцированной нестабильности генома. Радиационная биология. Радиоэкология 2016; 46: (4): 441– 446. [Vorobtcova I.V. Transgenerational transmission of radiationinduced genomic instability. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya 2006; 46: (4): 466–474. (in Russ)]

15. Сусков И.И., Агаджанян А.В., Кузьмина Н.С., Елисова Т.В., Иофа Э.Л., Нилова И.Н. и др. Проблема трансгенерационного феномена геномной нестабильности у больных детей разных возрастных групп после аварии на ЧАЭС. Радиационная биология. Радиоэкология 2006; 46: (4): 466–474. [Suskov I.I., Agadzhanian A.V., Kuzmina N.S., Elisova T.V., Iofa E.L., Nilova I.N. et al. The problem of transgenerational phenomenon of genomic instability in patients of different age groups of children after the Chernobyl accident. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya 2006; 46: (4): 466–474. (in Russ)]

16. Poletto M., Legrand A.J., Fletcher S.C., Dianov G.L. р53 coordinates base excision repair to prevent genomic instability. Nucleic Acids Res 2016; 44: (7): 3165–3175.

17. Беляева Н.Н., Сычева Л.П., Журков В.С., Шамарин А.А. и др. Оценка цитологического и цитогенетического статуса слизистых оболочек полости носа и рта у человека. Методические рекомендации М 2005; 37. [Belyayeva N.N., Sycheva L.P., Zhurkov V.S., Shamarin A.A. et al. Assessment of the cytologic and cytogenetic status of mucous membranes of a cavity of a nose and mouth at the person. Methodical recommendations. Moscow 2005; 37. (in Russ)]

18. Cardozo R.S., Takahashi-Hyodo S., Peitl P. Jr., Ghilardi-Neto T., Sakamoto-Hojo E.T. Evaluation of chromosomal aberrations, micronuclei and sister chromatid exchanges in hospital workers chronically exposed to ionizing radiation. Teratog Carcinog Mutagen 2001; (21): 431–439.

19. Нерсесян А.К., Арутюнян Р.М., Вартазарян Н.С. и др. Цитогенетические нарушения в эксфолиативных клетках онкогинекологических больных. В сб. тез. докл. II Съезда Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Санкт-Петербург, 2000; 2: 202. [Nersesyan A.K., Arutyunyan R.M., Vartazaryan N.S. et al. Cytogenetic disorders in the exfoliative cells at the oncological patients. In: Theses of reports of the II Congress of Vavilovsky society of geneticists and selectors. St. Petersburg, 2000; 2: 202. (in Russ)]

20. Okamura M., Watanabe T., Kashida Y. et al. Possible mechanisms underlying the testicular toxicity of oxfendazole in rats. Toxicol Pathol 2004; 32: (1): 1–8.

21. Wang L.B., Zheng S., Zhang S.Z., Peng J.P., Ye F., Fang S.C., Wu J.M. Expression of ST 13 in colorectal cancer and adjacent normal tissues. World J Gastroenterol 2005; 11: (3): 336–339.

22. Hedau S., Batra M., Singh U.R., Bharti A.C., Ray A., Das B.C. Expression of BRCA1 and BRCA2 proteins and their correlation with clinical staging in breast cancer. J Cancer Res Ther 2015; 11: l: 158. DOI: 10.4103/0973-1482.140985.

23. Lin Y., Ma W., Benchimol S. Pidd, a new death-domain-containing protein, is induced by p53 and promotes apoptosis. Nature Genetics 2000; 26: l: 122–127.

24. Tinfel A., Tschopp J. The PIDDosome, a protein complex implicated in activation of caspase-2 in response to genotoxic stress. Science 2004; 304: (5672): 843–846.