Оценка частоты сверхкоротких и сверхдлинных теломер у хронически облученных женщин

Введение. Длина теломер рассматривается как потенциальный биомаркер индивидуальной радиочувствительности и радиорезистентности человека. Радиационное облучение может как увеличивать, так и уменьшать среднюю длину теломер в клетках, при этом показатели длин отдельных теломер варьируют в широком диапазоне. Оценка частоты сверхкоротких и сверхдлинных теломер может указывать на изменения репликативного потенциала клеток и на радиационно-индуцированные нарушения генома.

Цель. Изучить относительную длину теломер методом Q-FISH у облученных лиц, а также выявить у них долю сверхкоротких и сверхдлинных теломерных участков хромосом.

Материалы и методы. Исследование проведено с участием 43 доноров-добровольцев (женщин) различных возрастных групп (21–28, 60–67, 71–83 года). На первом этапе в контрольной группе проведено исследование зависимости относительной длины теломер от возраста. Доноры были разделены на группы: младшая (n = 4) — не подвергавшиеся облучению женщины в возрасте 21–28 лет; средняя (n = 12) — женщины в возрасте 60–67 лет; старшая (n = 5) — женщины в возрасте 71–83 года. На II этапе у доноров (n = 5) старшей возрастной группы был определен референс средней длины теломер. На III этапе, учитывая установленные референсные значения, изучали длину теломер у облученных лиц (n = 22), в том числе в зависимости от возраста и дозы облучения красного костного мозга (ККМ). Цитогенетические препараты получали согласно протоколу, который включает культивирование клеток до стадии метафазы, гипотоническую обработку, фиксацию метафазных пластинок и получение препаратов хромосом. Флуоресцентная окраска теломер проводилась зондами (DAKO, Дания) в соответствии с протоколом производителя. В работе использовали стандартные методы описательной и сравнительной статистики.

Результаты. У облученных лиц медианная длина теломер статистически значимо выше, чем в группе сравнения (10,3% против 5,8%, p = 0,0001), при этом у них снижена частота сверхкоротких теломер (1,6% против 5%) и повышена частота сверхдлинных (19,5% против 5%, p < 0,0001). Исследование методом «случай — контроль» подтвердило данную закономерность для лиц со средней и высокой дозой облучения ККМ. Наблюдалось статистически значимое снижение медианной длины теломер в группе доноров с высокой дозой облучения ККМ относительно лиц со средними дозами (11,9% против 10,6%, p = 0,0001). С увеличением дозы облучения ККМ частота сверхкоротких теломер экспоненциально уменьшалась (R² = 0,23, p = 0,0036).

Выводы. Отмечено снижение относительной длины теломер у необлученных лиц с увеличением возраста, в группе молодых доноров 20–28 лет медианное значение длины теломер составило 31,0%, в группе 60–67 лет — 13,0%, в группе 71–83 года — 5,8% (p = 0,0001). Референсное значение сверхкоротких теломер для возрастной группы 71–83 года составило 0–0,7%, а сверхдлинных — от 25,6% и выше. У облученных лиц медианная длина теломер статистически значимо выше, чем в группе сравнения (p = 0,0001). У облученных лиц снижена частота сверхкоротких теломер и выше частота сверхдлинных теломер относительно группы сравнения (p = 0,004). Отмечена нелинейная регрессионная зависимость частоты сверхкоротких теломер от дозы облучения ККМ: с увеличением дозы облучения частота экспоненциально уменьшается.

1. Ахмадуллина ЮР, Возилова АВ, Кривощапова ЯВ. Влияние хронического облучения на показатели цитогенетических маркеров старения у жителей прибрежных сел реки Теча. Медицина экстремальных ситуаций. 2024;26(2):56–66. https://doi.org/10.47183/mes.2024.018

2. Baird DM, Rowson J, Wynford-Thomas D, Kipling D. Extensive allelic variation and ultrashort telomeres in senescent human cells. Nature Genetics. 2003;33(2):203–7. https://doi.org/10.1038/ng1084

3. Graakjaer J, Londono-Vallejo JA, Christensen K, Kølvraa S. The pattern of chromosome-specific variations in telomere length in humans shows signs of heritability and is maintained through life. Annals of the New York Academy of Sciences. 2006;1067:311–6. https://doi.org/10.1196/annals.1354.042

4. Berardinelli F, Nieri D, Sgura A, Tanzarella C, Antoccia A. Telomere loss, not average telomere length, confers radiosensitivity to TK6-irradiated cells. Mutation Research. 2012;740(1–2):13–20. https://doi.org/10.1016/j.mrfmmm.2012.11.004

5. Lustig A, Shterev I, Geyer S, Shi A, Hu Y, Morishita Y, et al. Long term effects of radiation exposure on telomere lengths of leukocytes and its associated biomarkers among atomicbomb survivors. Oncotarget. 2016;7(26):38988. https://doi.org/10.18632/oncotarget.8801

6. Reste J, Zvigule G, Zvagule T, Kurjane N, Eglite M, Gabruseva N, et al. Telomere length in Chernobyl accident recovery workers in the late period after the disaster. Journal of Radiation Research. 2014;55(6):1–12. https://doi.org/10.1093/jrr/rru060

7. Scherthan H, Sotnik N, Peper M, Schrock G, Azizova T, Abend M. Telomere Length in Aged Mayak PA Nuclear Workers Chronically Exposed to Internal Alpha and External Gamma Radiation. Radiation Research. 2016;185(6):658–67. https://doi.org/10.1667/RR14271.1

8. Slijepcevic P. Is there a link between telomere maintenance and radiosensitivity? Radiation Research. 2004;161(1):82–6. https://doi.org/10.1667/rr3093

9. Fiesco-Roa MÓ, García B, Leal-Anaya P, van ‘t Hek R, Wegman-Ostrosky T, Frías S, et al. Fanconi anemia and dyskeratosis congenita/telomere biology disorders: Two inherited bone marrow failure syndromes with genomic instability. Frontiers in Oncology. 2022;12:949435. https://doi.org/10.3389/fonc.2022.949435

10. Hemann MT, Strong MA, Hao LY, Greider CW. The shortest telomere, not average telomere length, is critical for cell viability and chromosome stability. Cell. 2001;107(1):67–77. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(01)00504-9

11. Cagsin H, Uzan A, Tosun O, Rasmussen F, Serakinci N. Tissue-Specific Ultra-Short Telomeres in Chronic Obstructive Pulmonary Disease. International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. 2020;15:2751–7. https://doi.org/10.2147/COPD.S267799

12. Аклеев АВ, ред. Последствия радиоактивного загрязнения реки Течи. Челябинск: Книга; 2016.

13. Shishkina EA, Napier BA, Preston DL, Degteva MO. Dose estimates and their uncertainties for use in epidemiological studies of radiation-exposed populations in the Russian Southern Urals. PLoS One. 2023;18(8):e0288479. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0288479

14. Кривощапова ЯВ. Оценка влияния хронического радиационного воздействия на потерю теломерных участков хромосом в Т-лимфоцитах у женщин. Вестник РГМУ. 2024;6:172–8. https://doi.org/10.24075/brsmu.2024.055

15. Кривощапова ЯВ, Возилова АВ. Исследование длины теломерных районов хромосом в Т-лимфоцитах облученных лиц. Вопросы радиационной безопасности. 2022;3(107):71–96. EDN: FPBYYE

16. Yasumoto S, Kunimura C, Kikuchi K, Tahara H, Ohji H, Yamamoto H, et al. Telomerase activity in normal human epithelial cells. Oncogene. 1996;13(2):433–9.

17. Drosopoulos WC, Deng Z, Twayana S, Kosiyatrakul ST, Vladimirova O, Lieberman PM, et al. TRF2 Mediates Replication Initiation within Human Telomeres to Prevent Telomere Dysfunction. Cell Reports. 2020;33(6):108379. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108379

18. Wang C, Zhao L, Lu S. Role of TERRA in the regulation of telomere length. International Journal of Biological Sciences. 2015;11(3):316–23. https://doi.org/10.7150/ijbs.10528

19. Mirjolet C, Boidot R, Saliques S, Ghiringhelli F, Maingon P, Créhange G. The role of telomeres in predicting individual radiosensitivity of patients with cancer in the era of personalized radiotherapy. Cancer Treatment Reviews. 2015;41(4):354–60. https://doi.org/10.1016/j.ctrv.2015.02.005

20. Stanley SE, Rao AD, Gable DL, McGrath-Morrow S, Armanios M. Radiation Sensitivity and Radiation Necrosis in the Short Telomere Syndromes. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 2015;93(5):1115–7. https://doi.org/10.1016/j.ijrobp.2015.08.048