cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2024-92-40-46cfpd-1167Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHОценка степени повреждения ДНК в лейкоцитах больных хронической обструктивной болезнью легкихAssessment of the degree of DNA damage in leukocytes of patients with chronic obstructive pulmonary diseaseГассанД. А.GassanD. A.

Дина Анатольевна Гассан, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Dina A. Gassan, PhD (Med.), Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

dani-shi@mail.ruНаумовД. Е.NaumovD. E.

Денис Евгеньевич Наумов, канд. мед. наук, зав. лабораторией, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Denis E. Naumov, PhD (Med.), Head of Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

denn1985@bk.ruСугайлоИ. Ю.SugayloI. Yu.

Ивана Юрьевна Сугайло, канд. мед. наук, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Ivana Yu. Sugaylo, PhD (Med.), Junior Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

ivanka_888@mail.ruКотоваО. О.KotovaO. O.

Олеся Олеговна Котова, канд. мед. наук, младший научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Olesya O. Kotova, PhD (Med.), Junior Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

foxy_voxy_on@mail.ruГорчаковаЯ. Г.GorchakovaY. G.

Яна Геннадьевна Горчакова, лаборант-исследователь, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Yana G. Gorchakova, Research Laboratory Assistant, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

yana.janet.gorchakova@gmail.comШелудькоЕ. Г.SheludkoE. G.

Елизавета Григорьевна Шелудько, канд. мед. наук, научный сотрудник, лаборатория молекулярных и трансляционных исследований

675000, г. Благовещенск, ул. Калинина, 22

Elizaveta G. Sheludko, PhD (Med.), Staff Scientist, Laboratory of Molecular and Translational Research

22 Kalinina Str., Blagoveshchensk, 675000

liza.sheludko@mail.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания»РоссияFar Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of RespirationRussian Federation2024180620240924046Copyright © Гассан Д.А., Наумов Д.Е., Сугайло И.Ю., Котова О.О., Горчакова Я.Г., Шелудько Е.Г., 20242024Гассан Д.А., Наумов Д.Е., Сугайло И.Ю., Котова О.О., Горчакова Я.Г., Шелудько Е.Г.Gassan D.A., Naumov D.E., Sugaylo I.Y., Kotova O.O., Gorchakova Y.G., Sheludko E.G.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/1167Введение

Введение. Окислительный стресс играет ключевую роль в патогенезе ХОБЛ. Сигаретный дым индуцирует окислительный стресс, в результате которого происходит повреждение ДНК в клетках. Каналы с транзиторным рецепторным потенциалом (TRP) способны опосредовать эффекты сигаретного дыма и активных форм кислорода.

Цель

Цель. Изучение уровня фосфорилирования гистонов H2AX, указывающего на повреждение ДНК, в лейкоцитах больных ХОБЛ и установление взаимосвязи экспрессии каналов TRPV1 и TRPV4 с выявленными особенностями.

Материалы и методы

Материалы и методы. В исследование было включено 47 больных ХОБЛ разной степени тяжести и 25 лиц контрольной группы. Всем исследуемым была проведена спирометрия для оценки вентиляционной функции легких. Фосфорилирование гистонов H2AX и экспрессию TRPV1/TRPV4 на лейкоцитах определяли методом проточной цитометрии. Для поиска взаимосвязи между количественными переменными использовали коэффициент ранговой корреляции Спирмена (ρ).

Результаты

Результаты. Лимфоциты больных ХОБЛ характеризовались более высоким уровнем γH2AX (%), чем лимфоциты лиц контрольной группы (p=0,04). Лимфоциты здоровых курильщиков также демонстрировали большую степень повреждения ДНК по сравнению с не курившими лицами (p=0,02). Значимые отличия отмечались при сравнении экспрессии γH2AX (%) между больными ХОБЛ и здоровыми не курившими лицами в лимфоцитах (p=0,001) и моноцитах (p=0,04). Курение более 20 пачка-лет сопровождалось более высокой экспрессией γH2AX (%) в лимфоцитах (p=0,04) больных ХОБЛ. Экспрессия TRPV1 и γH2AX (%) демонстрировала достоверные корреляции на гранулоцитах (ρ=0,76, p<0,001), лимфоцитах (ρ=0,34, p=0,03) и моноцитах (ρ=0,55, p<0,001).

Заключение

Заключение. Больные ХОБЛ отличаются от лиц контрольной группы более выраженным повреждением ДНК, преимущественно проявляющимся в лимфоцитах. Курение является фактором, негативно влияющим на формирование разрывов ДНК. Экспрессия TRPV1, вероятно, играет роль в окислительном повреждении ДНК в лейкоцитах больных ХОБЛ за счет увеличения продукции активных форм кислорода.

Introduction

Introduction. Oxidative stress plays a key role in the pathogenesis of COPD. Cigarette smoke induces oxidative stress, which causes DNA damage in cells. Transient receptor potential (TRP) channels are capable of mediating the effects of tobacco smoke and reactive oxygen species.

Aim

Aim. Studying the level of H2AX histones phosphorylation (γH2AX) indicating DNA damage in leukocytes of COPD patients and establishing its relationship with TRPV1 and 

TRPV4 expression

TRPV4 expression.

Materials and methods

Materials and methods. The study included 47 patients with COPD of varying severity and 25 controls. All subjects underwent spirometry to assess lung function. Histone H2AX phosphorylation and TRPV1/TRPV4 expression on leukocytes were determined by flow cytometry. Spearman's rank correlation coefficient (ρ) was used to search for relationships between quantitative variables.

Results

Results. Lymphocytes of COPD patients were characterized by higher level of γH2AX (%) than lymphocytes from the controls (p=0.04). Lymphocytes of smokers also showed a greater degree of DNA damage as compared to healthy non-smokers (p=0.02). Significant differences were observed when comparing γH2AX expression (%) between COPD patients and healthy non-smokers in lymphocytes (p=0.001) and monocytes (p=0.04). Smoking more than 20 pack-years was associated with higher γH2AX (%) in lymphocytes (p=0.04) of COPD patients. Expression of TRPV1 and γH2AX (%) showed significant correlations on granulocytes (ρ=0.76, p<0.001), lymphocytes (ρ=0.34, p=0.03) and monocytes (ρ=0.55, p<0.001).

Conclusion

Conclusion. COPD patients differ from the control group by more pronounced DNA damage, which is most evident in lymphocytes. Smoking is a factor that negatively affects the formation of DNA breaks. TRPV1 expression may play a role in oxidative DNA damage in leukocytes by increasing the production of reactive oxygen species.

повреждение ДНКH2AXTRP каналыХОБЛкурениелейкоцитыDNA damageH2AXTRP channelsCOPDsmokingleukocytesИсследование выполнено в рамках программы фундаментальных исследований Министерства науки и высшего образования РФ (FGWF-2022-0005)This study was supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation under the Program for Basic Research (FGWF-2022-0005)ReferencesMacNee W., Tuder R.M. New paradigms in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease I // Proc. Am. Thorac. Soc. 2009. Vol.6, Iss.6. P.527–531. https://doi.org/10.1513/pats.200905-027DSMacNee W., Tuder R.M. New paradigms in the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease I. Proc. Am. Thorac. Soc. 2009; 6(6):527–531. https://doi.org/10.1513/pats.200905-027DSAoshiba K., Zhou F., Tsuji T., Nagai A. DNA damage as a molecular link in the pathogenesis of COPD in smokers // Eur. Respir. J. 2012. Vol.39, Iss.6. P.1368–1376. https://doi.org/10.1183/09031936.00050211Aoshiba K., Zhou F., Tsuji T., Nagai A. DNA damage as a molecular link in the pathogenesis of COPD in smokers. Eur. Respir. J. 2012; 39(6):1368–1376. https://doi.org/10.1183/09031936.00050211Торгашина А.В., Лила А.М. Потенциал использования определения двунитевых разрывов ДНК в различных областях медицины // Современная ревматология. 2023. Т.17, №3. С.96–103. https://doi.org/10.14412/1996-7012-2023-3-96-103Torgashina A.V., Lila A.M. The potential use of DNA double-strand breaks detection in various fields of medicine. Sovremennaya Revmatologiya = Modern Rheumatology Journal 2023; 17(3):96–103 (in Russian). https://doi.org/10.14412/1996-7012-2023-3-96-103Yamaguchi N.H. Smoking, immunity, and DNA damage // Transl. Lung Cancer. Res. 2019. Vol.8, Suppl.1. P.S3– S6. https://doi.org/10.21037/tlcr.2019.03.02Yamaguchi N.H. Smoking, immunity, and DNA damage. Transl. Lung Cancer. Res. 2019; 8(Suppl.1):S3–S6. https://doi.org/10.21037/tlcr.2019.03.02Котова О.О., Гассан Д.А., Сугайло И.Ю., Наумов Д.Е., Горчакова Я.Г., Шелудько Е.Г. Оксидативный стресс в лейкоцитах периферической крови больных хронической обструктивной болезнью легких // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2023. Вып.87. С.62–70. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2023-87-62-70Kotova O.O., D.A.Gassan, Sugaylo I.Yu., Naumov D.E., Gorchakova Y.G., Sheludko E.G. Оxidative stress in peripheral blood leukocytes of patients with chronic obstructive pulmonary disease. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2023; 87:62–70 (in Russian). https://doi.org/10.36604/1998-5029-2023-87-62-70Ciccia A., Elledge S.J. The DNA damage response: making it safe to play with knives // Mol. Cell. 2010. Vol.40, Iss.2. P.179–204. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2010.09.019Ciccia A., Elledge S.J. The DNA damage response: making it safe to play with knives. Mol. Cell 2010; 40(2):179– 204. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2010.09.019Bekker-Jensen S., Mailand N. Assembly and function of DNA double-strand break repair foci in mammalian cells // DNA Repair (Amst.). 2010. Vol.9, Iss.12. P.1219–1228. https://doi.org/10.1016/j.dnarep.2010.09.010Bekker-Jensen S., Mailand N. Assembly and function of DNA double-strand break repair foci in mammalian cells. DNA Repair (Amst.). 2010; 9(12):1219–1228. https://doi.org/10.1016/j.dnarep.2010.09.010Mah L.J., El-Osta A., Karagiannis T.C. GammaH2AX: a sensitive molecular marker of DNA damage and repair // Leukemia. 2010. Vol. 24, Iss. 4. P.679–686. https://doi.org/10.1038/leu.2010.6Mah L.J., El-Osta A., Karagiannis T.C. GammaH2AX: a sensitive molecular marker of DNA damage and repair. Leukemia 2010; 24(4):679–686. https://doi.org/10.1038/leu.2010.6Siddiqui M.S., François M., Fenech M.F., Leifert W.R. Persistent γH2AX: A promising molecular marker of DNA damage and aging // Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2015. Vol.766. P.1–19. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2015.07.001Siddiqui M.S., François M., Fenech M.F., Leifert W.R. Persistent γH2AX: A promising molecular marker of DNA damage and aging. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2015; 766:1–19. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2015.07.001Rodier F., Coppé J.P., Patil C.K., Hoeijmakers W.A., Muñoz D.P., Raza S.R., Freund A., Campeau E., Davalos A.R., Campisi J. Persistent DNA damage signaling triggers senescence-associated inflammatory cytokine secretion // Nat. Cell Biol. 2009. Vol.11, Iss.8. P.973–979. https://doi.org/10.1038/ncb1909Rodier F., Coppé J.P., Patil C.K., Hoeijmakers W.A., Muñoz D.P., Raza S.R., Freund A., Campeau E., Davalos A.R., Campisi J. Persistent DNA damage signaling triggers senescence-associated inflammatory cytokine secretion. Nat. Cell Biol. 2009; 11(8):973–979. https://doi.org/10.1038/ncb1909Freund A., Orjalo A.V., Desprez P.Y., Campisi J. Inflammatory networks during cellular senescence: causes and consequences // Trends Mol. Med. 2010. Vol.16, Iss.5. P.238–246. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2010.03.003Freund A., Orjalo A.V., Desprez P.Y., Campisi J. Inflammatory networks during cellular senescence: causes and consequences. Trends Mol. Med. 2010; 16(5):238–246. https://doi.org/10.1016/j.molmed.2010.03.003Olive P., Banáth J.P. The comet assay: a method to measure DNA damage in individual cells // Nat. Protoc. 2006. Vol.1, Iss.1. P.23–29. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.5Olive P., Banáth J.P. The comet assay: a method to measure DNA damage in individual cells. Nat. Protoc. 2006; 1(1):23–29. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.5Taylor-Clark T. Role of reactive oxygen species and TRP channels in the cough reflex // Cell Calcium. 2016. Vol.60, Iss.3. P.155–162. https://doi.org/10.1016/j.ceca.2016.03.007Taylor-Clark T. Role of reactive oxygen species and TRP channels in the cough reflex. Cell Calcium 2016; 60(3):55– 162. https://doi.org/10.1016/j.ceca.2016.03.007Hong Z., Tian Y., Yuan Y., Qi M., Li Y., Du Y., Chen L., Chen L. Enhanced Oxidative Stress Is Responsible for TRPV4-Induced Neurotoxicity // Front. Cell. Neurosci. 2016. Vol.10. Article number:232. https://doi.org/10.3389/fncel.2016.00232Hong Z., Tian Y., Yuan Y., Qi M., Li Y., Du Y., Chen L., Chen L. Enhanced oxidative stress is responsible for TRPV4-induced neurotoxicity. Front. Cell. Neurosci. 2016; 10:232. https://doi.org/10.3389/fncel.2016.00232Tanaka T., Halicka H.D., Traganos F., Darzynkiewicz Z. Phosphorylation of histone H2AX on Ser 139 and activation of ATM during oxidative burst in phorbol ester-treated human leukocytes // Cell Cycle. 2006. Vol.5, Iss.22. P.2671– 2675. https://doi.org/10.4161/cc.5.22.3472Tanaka T., Halicka H.D., Traganos F., Darzynkiewicz Z. Phosphorylation of histone H2AX on Ser 139 and activation of ATM during oxidative burst in phorbol ester-treated human leukocytes. Cell Cycle 2006; 5(22):2671–2675. https://doi.org/10.4161/cc.5.22.3472Albino A.P., Jorgensen E.D., Rainey P., Gillman G., Clark T.J., Gietl D., Zhao H., Traganos F., Darzynkiewicz Z. gammaH2AX: A potential DNA damage response biomarker for assessing toxicological risk of tobacco products // Mutat. Res. 2009. Vol.678, Iss.1. P.43–52. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2009.06.009Albino A.P., Jorgensen E.D., Rainey P., Gillman G., Clark T.J., Gietl D., Zhao H., Traganos F., Darzynkiewicz Z. gammaH2AX: A potential DNA damage response biomarker for assessing toxicological risk of tobacco products. Mutat. Res. 2009; 678(1):43–52. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2009.06.009Ceylan E., Kocyigit A., Gencer M., Aksoy N., Selek S. Increased DNA damage in patients with chronic obstructive pulmonary disease who had once smoked or been exposed to biomass // Respir. Med. 2006. Vol.100, Iss.7. P.1270–1276. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2005.10.011Ceylan E., Kocyigit A., Gencer M., Aksoy N., Selek S. Increased DNA damage in patients with chronic obstructive pulmonary disease who had once smoked or been exposed to biomass. Respir. Med. 2006; 100(7):1270–1276. https://doi.org/10.1016/j.rmed.2005.10.011Pastukh V.M., Zhang L., Ruchko M., Gorodnya O., Bardwell G.C., Tuder R.M., Gillespie M.N. Oxidative DNA damage in lung tissue from patients with COPD is clustered in functionally significant sequences // Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2011. Vol.6. P.209–217. https://doi.org/10.2147/COPD.S15922Pastukh V.M., Zhang L., Ruchko M., Gorodnya O., Bardwell G.C., Tuder R.M., Gillespie M.N. Oxidative DNA damage in lung tissue from patients with COPD is clustered in functionally significant sequences. Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2011; 6:209–217. https://doi.org/10.2147/COPD.S15922Wang M., Zhang Y., Xu M., Zhang H., Chen Y., Chung K.F., Adcock I.M., Li F. Roles of TRPA1 and TRPV1 in cigarette smoke-induced airway epithelial cell injury model // Free Radic. Biol. Med. 2019. Vol.134. P.229–238. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.004Wang M., Zhang Y., Xu M., Zhang H., Chen Y., Chung K.F., Adcock I.M., Li F. Roles of TRPA1 and TRPV1 in cigarette smoke -induced airway epithelial cell injury model. Free Radic. Biol. Med. 2019; 134:229–238. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2019.01.004Masumoto K., Tsukimoto M., Kojima S. Role of TRPM2 and TRPV1 cation channels in cellular responses to radiation-induced DNA damage // Biochim. Biophys. Acta. 2013. Vol.1830, Iss.6. P.3382–3390. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.02.020Masumoto K., Tsukimoto M., Kojima S. Role of TRPM2 and TRPV1 cation channels in cellular responses to radiation-induced DNA damage. Biochim. Biophys. Acta. 2013; 1830(6):3382–3390. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.02.020Maggi F., Morelli M.B., Aguzzi C., Zeppa L., Nabissi M., Polidori C., Santoni G., Amantini C. Calcium influx, oxidative stress, and apoptosis induced by TRPV1 in chronic myeloid leukemia cells: Synergistic effects with imatinib // Front. Mol. Biosci. 2023. Vol.10. Article number:1129202. https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1129202Maggi F., Morelli M.B., Aguzzi C., Zeppa L., Nabissi M., Polidori C., Santoni G., Amantini C. Calcium influx, oxidative stress, and apoptosis induced by TRPV1 in chronic myeloid leukemia cells: Synergistic effects with imatinib. Front. Mol. Biosci. 2023; 10:1129202. https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1129202

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