References

vavilov

Вавиловский журнал генетики и селекции

Vavilov Journal of Genetics and Breeding

2500-3259

Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS

10.18699/VJ15.058

vavilov-433

Research Article

ФИЛОГЕНЕТИКА

HIGH-THROUGHPUT PHENOTYPING

Межлинейные различия мышей по температурной реакции на интраназальное введение наночастиц оксида платины

Between-strain differences in hypothermic response in mice after intranasal administration of PtO nanoparticles

Петровский

Д. В.

Petrovskii

D. V.

dm_petr@bionet.nsc.ru

Ромащенко

А. В.

Romashchenko

A. V.

Троицкий

С. Ю.

Troitskii

S. Yu.

Мошкин

М. П.

Moshkin

M. P.

mmp@bionet.nsc.ru

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт вычислительной техники Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияInstitute of Cytology and Genetics SB RAS, Novosibirsk, Russia Design Technological Institute of Digital Technique SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Бореcкова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, РоссияРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk, RussiaRussian Federation

2015

01122015

194439444

2015

Петровский Д.В., Ромащенко А.В., Троицкий С.Ю., Мошкин М.П.

Petrovskii D.V., Romashchenko A.V., Troitskii S.Y., Moshkin M.P.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/433

Одними из компонентов пыли с доказанными токсическими эффектами на дыхательную и кардиоваскулярную системы являются различные соединения тяжелых металлов. Известно, что при воздействии тяжелых металлов на дыхательную систему происходит понижение температуры тела животного, которое считается адаптивной реакцией, уменьшающей интенсивность проникновения токсиканта. Для изучения вклада растворимых и нерастворимых форм ксенобиотиков в развитие гипотермического ответа в данной работе проводили сравнение изменения температуры тела мышей в ответ на интраназальное введение коллоидного раствора наночастиц оксида платины (PtO-НЧ) и истинного раствора соли платины (K2[PtCl 4]). Значение генетической изменчивости было исследовано на 6 инбредных (BALB/cJ, C57BL/6J, AKR/OlaHsd, DBA/2JRccHsd, C3H/HeNHsd, SJL/J) и 2 аутбредных линиях (SCID и CD1) мышей. Наиболее выраженное снижение температуры в ответ на интраназальное введение ирританата продемонстрировали мыши линий BALB/cJ и SCID, при этом амплитуда падения температуры тела (Δtтела) в ответ на введение PtO-НЧ была больше, чем на K2[PtCl 4]. Механизм снижения температуры тела при интраназальном введении ксенобиотика определяли путем сравнения Δtтела для интраназального, внутривенного и перорального введения PtO-НЧ. Ни внутривенное, ни пероральное введение наночастиц не вызывало значимого изменения tтела животного, что вкупе с данными по динамике снижения температуры (max Δtтела ~ 80–100 мин) позволяет предположить опосредованный нервной системой механизм регуляции изменения tтела, который может реализоваться за счет активации афферентных волокон тройничного нерва. Корреляции данных по max Δtтела в ответ на интраназальное введение PtO-НЧ и ряда известных фенотических характеристик (phenome.jax.org) использованных нами линий подтверждают это предположение.

Air pollution by particulate matter (PM) has been associated with cardiopulmonary morbidity and mortality in many recent epidemiological studies. It has been shown that transition metal compounds, well- known toxic components of PM, are able to induce hypothermia following whole-body inhalation exposure. Low temperature appears to protect tissue against toxic effects of PM metal compounds in vivo and in vitro. To study the role of soluble and insoluble irritants in the induction of the hypothermic response, we analyzed the decrease in mouse body temperature (Δtbody) after intranasal administration of PtO nanoparticles or a K2[PtCl 4] solution. Between-strain differences in Δtbody after intranasal administration of the irritants were evaluated using 6 inbred (BALB/cJ, C57BL/6J, AKR/OlaHsd, DBA/2JRccHsd, C3H/HeNHsd, and SJL/J) and 2 outbred mouse strains (SCID and CD1). BALB/cJ and SCID mice showed the most pronounced effect of intranasal administration of the xenobiotic on tbody. Thus, tbody was significantly lower after nasal administration the PtO nanoparticles than after administration of the K2[PtCl 4] solution. To study the mechanism of this decrease, we compared the respective values for Δtbody following intranasal, intravenous and peroral administration of PtO nanoparticles in Balb/c mice. Neither intravenous nor peroral administration had any effect on mouse body temperature. This fact together with data on the dynamics of the decrease in mouse body temperature following intranasal administration of PtO nanoparticles (max Δtbody ~ 80–100 min) allowed us to assume that this process is under nervous regulation. The correlation found between our data and some well-known phenotypic characteristics (phenome.jax.org) of the mouse strains used confirms this hypothesis.

наночастицыинтраназальное введениетерморегуляциягипотермия

nanoparticlesintranasal administrationthermoregulationhypothermia

Российский научный фонд, Минобрнауки

References1

Мошкин М.П., Пельтек С.Е., Герлинская Л.А., Горячковская Т.Н., Концевая Г.В., Масленникова С.О., Попик В.В., Колчанов Н.А. Острая иммуно-физиологическая реакция мышей разных генотипов на поступление наночастиц SiO2 (Таркосил 25) в верхние дыхательные пути. Рос. нанотехнологии, 2011;6(9/10):47-54.

Aoki Y., Sato H., Nishimura N., Takahashi S., Itoh K., Yamamoto M. Accelerated DNA adduct formation in the lung of the Nrf2 knockout mouse exposed to diesel exhaust. Toxicol. Appl. Pharm. 2001;173(3):154-160.

Becerra L., Morris S., Bazes S., Gostic R., Sherman S., Gostic J., Pendse G., Moulton E., Scrivani S., Keith D., Chizh B., Borsook D. Trigeminal neuropathic pain alters responses in CNS circuits to mechanical (brush) and thermal (cold and heat) stimuli. J. Neurosci. 2006;26(42):10646-10657.

Brook R.D., Rajagopalan S., Pope C.A. 3rd, Brook J.R., Bhatnagar A., Diez-Roux A.V., Holguin F., Hong Y., Luepker R.V., Mittleman M.A., Peters A., Siscovick D., Smith S.C. Jr, Whitsel L., Kaufman J.D. Particulate matter air pollution and cardiovascular disease an update to the scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 2010;121(21):2331-2378.

Bryant B.P., Moore P.A. Factors affecting the sensitivity of the lingual trigeminal nerve to acids. Am. J. Physiol.-Reg. Integr. Compar. Physiol. 1995;268(1):R58-R65.

Burnett R.T., Dales R., Krewski D., Vincent R., Dann T., Brook J.R. Associations between ambient particulate sulfate and admissions to Ontario hospitals for cardiac and respiratory diseases. Am. J. Epidemiol. 1995;142(1):15-22.

Campen M.J., Nolan J.P., Schladweiler M.C.J., Kodavanti U.P., Evansky P.A. Costa D.L., Watkinson W.P. Cardiovascular and thermoregulatory effects of inhaled PM-associated transition metals: a potential interaction between nickel and vanadium sulfate. Toxicol. Sci. 2001;64(2):243-252.

Diociaiuti M., Balduzzi M., De Berardis B., Cattani G., Stacchini G., Ziemacki G., Marconi A., Paoletti L. The two PM 2.5 (fine) and PM 2.5–10 (coarse) fractions: evidence of different biological activity. Environ. Res. 2001;86(3):254-262.

Dockery D.W., Pope C.A. Acute respiratory effects of particulate air pollution. Annu. Rev. Publ. Health. 1994;15(1):107-132.

Dreher K.L., Jaskot R.H., Lehmann J.R., Richards J.H., McGee J.K., Ghio A.J., Costa D.L. Soluble transition metals mediate residual oil fly ash induced acute lung injury. J. Toxicol. Environ. Health. 1997;50(3):285-305.

Dye J.A., Adler K.B., Richards J.H., Dreher K.L. Role of soluble metals in oil fly ash-induced airway epithelial injury and cytokine gene expression. Am. J. Physiol.-Lung Cell. Mol. Physiol. 1999;277(3): L498-L510.

Georgieva M., Andonovski B. Determination of platinum (IV) by UV spectrophotometry. Analyt. Bioanalyt. Chem. 2003;375(6):836-839.

Gordon C.J. Toxic-induced hypothermia and hypometabolism: Do they increase uncertainty in the extrapolation of toxicological data from experimental animals to humans? Neurosci. Biobehav. Rev. 1991;15(1):95-98.

Han J.Y., Takeshita K., Utsumi H. Noninvasive detection of hydroxyl radical generation in lung by diesel exhaust particles. Free Radical Biol. Med. 2001;30(5):516-525.

Hayama T. Thermoreceptive neurons in the dorsal portion of the trigeminal principal nucleus in rats. Neurosci. Lett. 2014;564:53-56.

Hayashi T., Cottam H.B., Chan M., Jin G., Tawatao R.I., Crain B., Ronacher L., Messer K., Carson D.A., Corr M. Mast cell-dependent anorexia and hypothermia induced by mucosal activation of Toll-like receptor 7. Am. J. Physiol.-Reg, Integr. Compar. Physiol. 2008;295(1):R123-R132.

Kodavanti U.P., Jackson M.C., Ledbetter A.D., Richards J.R., Gardner S.Y., Watkinson W.P., Campen M.J., Costa D.L. Lung injury from intratracheal and inhalation exposures to residual oil fly ash in a rat model of monocrotaline-induced pulmonary hypertension. J. Toxicol. Environ. Health. 1999;57(8):543-563.

Komai M., Bryant B.P. Acetazolamide specifically inhibits lingual trigeminal nerve responses to carbon dioxide. Brain Res. 1993;612(1): 122-129.

McCormick D.A., Bal T. Sensory gating mechanisms of the thalamus. Curr. Opin. Neurobiol. 1994;4(4):550-556.

Mills N.L., Törnqvist H., Robinson S.D., Gonzalez M., Darnley K., MacNee W., Boon N.A., Donaldson K., Blomberg A., Sandstrom T., Newby D.E. Diesel exhaust inhalation causes vascular dysfunction and impaired endogenous fibrinolysis. Circulation. 2005;112(25): 3930-3936.

Moldovan M., Palacios M.A., Gómez M.M., Morrison G., Rauch S., McLeod C., Ma R., Caroli S., Alimonti A., Petrucci F., Bocca B., Schramel P., Zischka M., Pettersson C., Wass U., Luna M., Saenz J.C., Santamaría J. Environmental risk of particulate and soluble platinum group elements released from gasoline and diesel engine catalytic converters. Sci. Total Environ. 2002;296(1): 199-208.

Morrison S.F., Nakamura K. Central neural pathways for thermoregulation. Frontiers Biosci. 2011;16:74.

Moshkin M.P., Peltek S.E., Gerlinskaya L.A., Goryachkovskaya T.N., Kontsevaya G.V., Maslennikova S.O., Popik V.V., Kolchanov N.A. Acute immune response to the intranasal application of nanoparticles of SiO2 (Tarkosil 25) in mice of two strains. Ros. nanotechnologii – Nanotechnologies in Russia. 2011;6(9/10):47-54.

Schins R.P., Polat D., Begerow J., Turfeld M., Becker A., Borm P.J. Platinum levels in nasal lavage fluid as a biomarker for traffic-related exposure and inflammation in children. Sci. Total Environ. 2004;334:447-455.

Schins R.P., Polat D., Begerow J., Turfeld M., Becker A., Borm P.J.

Schwartz J., Morris R. Air pollution and hospital admissions for cardiovascular disease in Detroit, Michigan. Am. J. Epidemiol. 1995; 142(1):23-35.

Platinum levels in nasal lavage fluid as a biomarker for traffic-related exposure and inflammation in children. Sci. Total Environ. 2004;334:447-455.

Ulfvarson U., Alexandersson R., Dahlqvist M., Ekholm U., Bergström B. Pulmonary function in workers exposed to diesel exhausts: the effect of control measures. Am. J. Ind. Med. 1991;19(3):283-289.

Schwartz J., Morris R. Air pollution and hospital admissions for cardiovascular disease in Detroit, Michigan. Am. J. Epidemiol. 1995; 142(1):23-35.

Upadhyay J., Knudsen J., Anderson J., Becerra L., Borsook D. Non-invasive mapping of human trigeminal brainstem pathways. Magn. Reson. Med. 2008;60(5):1037-1046.

Ulfvarson U., Alexandersson R., Dahlqvist M., Ekholm U., Bergström B. Pulmonary function in workers exposed to diesel exhausts: the effect of control measures. Am. J. Ind. Med. 1991;19(3):283-289.

Watkinson W.P., Campen M.J., Nolan J.P., Costa D.L. Cardiovascular and systemic responses to inhaled pollutants in rodents: effects of ozone and particulate matter. Environ. Health Persp. 2001; 109(4):539.

Upadhyay J., Knudsen J., Anderson J., Becerra L., Borsook D. Noninvasive mapping of human trigeminal brainstem pathways. Magn. Reson. Med. 2008;60(5):1037-1046.

Xiao G.G., Wang M., Li N., Loo J.A., Nel A.E. Use of proteomics to demonstrate a hierarchical oxidative stress response to diesel exhaust particle chemicals in a macrophage cell line. J. Biol. Chem. 2003;278(50):50781-50790.

Zhu H., Fan J., Xu Q., Li H., Wang J., Gao P., Peng X. Imaging of lysosomal pH changes with a fluorescent sensor containing a novel lysosome-locating group. Chem. Commun. 2012;48(96): 11766-11768.

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