Оценка мутагенности химических соединений, физических факторов и неидентифицированных компонентов загрязнения окружающей среды методом соматических мозаиков на клетках крыла Drosophila melanogaster

В статье описан соматический мутационный и рекомбинационный тест (Somatic Mutation and Recombination Test, SMART) на клетках крыла Drosophila melanogaster, который может быть использован для оценки влияния на геном различных факторов: физических (температура, разные типы радиоактивного излучения, электромагнитные поля), биогенных (генетические, физиологические, инфекционные) и широкого спектра химических соединений. Метод SMART используется как вариант метода in vivo при оценке мутагенных и промутагенных свойств пищевых добавок и продуктов, при скрининге потенциальных лекарственных и косметических препаратов, поллютантов окружающей среды. В основе метода лежит действие изучаемого агента на геном активно делящихся клеток крылового имагинального диска личинки, гетерозиготной по рецессивным мутациям, маркирующим клетку крыла. Мутации локализованы на левом плече хромосомы 3 – multi wing hairs (mwh; 3 – 0,3) и flare (flr; 3 – 38,8), что позволяет выявлять у гетерозигот по этим локусам как мутационные, так и рекомбинационные события. Крыло Drosophila melanogaster содержит 24 400 клеток, расположенных в два слоя, и в норме каждая клетка крыла имеет одну ворсинку. Рекомбинационное или мутационное событие в клетке приводит к образованию мутантных пятен / клонов, видимых при микроскопическом анализе поверхности крыловой пластинки. Наряду с тем, что в основе системы детоксикации дрозофилы и млекопитающих лежит действие цитохрома Р450, к достоинствам метода SMART относится существование модификаций теста с повышенным уровнем экспрессии цитохрома Р450, позволяющих более надежно экстраполировать результаты тестирования на млекопитающих. Подробные рекомендации по использованию метода SMART на клетках крыла Drosophila melanogaster, представленные в работе, могут применяться как методическое пособие в практике и учебных целях.

1. Захаренко Л.П., Захаров И.К. Проблема истинных и ложных мутантных пятен типа mwh в методе соматических мозаиков на клетках крыла Drosophila melanogaster. Генетика. 1996;32(6):755-758.

2. Захаренко Л.П., Захаров И.К., Бородин П.М., Васюнина Е.А., Дубатолова Т.Д., Карамышева Т.В. Генетические тест-системы оценки мутагенности (генотоксичности) и радиопротекторных свойств. Научно-прикладные разработки. Новосибирск, 1997.

3. Медведев Н.Н. Практическая генетика. М., 1966.

4. Оценка мутагенности новых лекарственных средств. Методические рекомендации. М., 1991.

5. Юрченко Н.Н., Иванников А.В., Захаров И.К. История открытий на дрозофиле – этапы развития генетики. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2015;9(1):39-49.

6. Arias A.M. Drosophila melanogaster and the development of biology in the 20th century. Methods Mol. Biol. 2008;420:1-25.

7. Ashburner M. Drosophila: A Laboratory Handbook. Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989.

8. Bellen H.J., Tong C., Tsuda H. 100 years of Drosophila research and its impact on verterbrate neuroscience: a history lesson for the feature. Nat. Rev. Neurosci. 2010;11: 514-522.

9. Drosophila: A practical approach. Ed. D.B. Ro-berts. Oxford, Washington DC: IRL Press, 1986.

10. Frei H., Würgler F.E. Statistical methods to decide whether mutagenecity test data from Drosophila assays indicate a positive, negative, or inconclusive result. Mutat. Res. 1988;203(4): 297-308.

11. Frei H., Würgler F.E. Optimal experimental design and sample size for the statistical evaluation of data from somatic mutation and recombination tests (SMART) Drosophila. Mutat. Res. 1995;334:247-258.

12. Frölich A., Würgler F.E. New tester strains with improved bioactivation capacity for the Drosophila wing-spot test. Mutat. Res. 1989;216:179-187.

13. Graf U. Temperature effect on mwh expression in the wing somatic mutation and recombination test in Drosophila melanogaster. Drosophila Inform. Serv. 1986; 63:65.

14. Graf U. Analysis of the relationship between age of larvae at mutagen treatment and frequency and size of spots in the wing somatic mutation and recombination test in Drosophila melanogaster. Experientia. 1995;51: 168-173.

15. Graf U., Frei H., Kagi A., Katz A.J., Würgler F.E. Thirty compounds tested in the Drosophila wing spot test. Mutat. Res. 1989;222: 359-373.

16. Graf U., Singer D. Genotoxicity testing of promutagens in the wing somatic mutation and recombination test in Drosophila melanogaster. Rev. Int. Contam. Ambient. 1992;8(1):15-27.

17. Graf U., van Schaik N. Improved high bioactivation cross for the wing somatic mutation and recombination test in Drosophila melanogaster. Mutat. Res. 1992;271:59-67.

18. Graf U., van Schaik N., Würgler F.E. Drosophila Genetics: A Practical Course. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1992.

19. Graf U., Würgler F.E., Katz A.J., Frei H., Juon H., Hall C.B., Kale P.G. Somatic mutation and recombination test in Drosophila melanogaster. Environ. Mutagen. 1984;6:153-188.

20. Greenspan R.J. The origins of behavioral genetics. Curr. Biol. 2008;18: R192-R198.

21. Katz A.J., Foley T.A. Effect of temperature on frequencies of spots in Drosophila wing-spot assay. Environ. Mol. Mutagen. 1993;22(1): 54-58.

22. Kinsella A.R., Radman M. Tumor promoter induces sister chromatid exchanges: relevance to mechanisms of carcinogenesis. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1978;75(12):6149-6153.

23. Krogulski A. Usefulness of the fruit fly for asseement of mutagenicity of benzene, acetaldehyde and formaldehyde. Rocz. Panstw. Zakl. Hig. 1994;45:151-155.

24. Lawrence P.A., Johnston P., Morata G. Methods of marking cells. Drosophila: A Practical Approach. Ed. D.B. Roberts. Oxford, Washington DC: IRL Press, 1986.

25. Lindsley D.L., Zimm G.G. The Genome of Drosophila melanogaster. Acad. Press, Inc. 1992.

26. Lombardot B., Oh C.T., Kwak J., Genovesio A., Kang M., Hansen M. A., Han S.J. High-throughput in vivo genotoxicity testing: an automated readout system for the somatic mutation and recombination test (SMART). PLoS One. 2015;10(4):e0121287. DOI 10.1371/ journal.pone.0121287.eCollection 2015

27. Mollet P., Würgler F.E. Detection of somatic recombination and mutation in Drosophila: A method for testing genetic activity of chemical compounds. Mutat. Res. 1974;25:421-424.

28. Pandey U.B., Nichols C.D. Human disease models in Drosophila melanogaster and the role of the fly in therapeutic drug discovery. Pharmacological Rev. 2011;63(2):411-436.

29. Radman M., Kinsella A.R. Chromosomal events in carcinogenic initiation and promotion: implications for carcinogenicity testing and cancer prevention strategies. IARC Sci. Pabl. 1980;(27):75-90.

30. Roberts D.B. Basic Drosophila care and techniques. Drosophila: A Practical Approach. Ed. D.B. Roberts. Oxford, Washington DC: IRL Press, 1986.

31. Rubin G.M., Lewis E.B. A brief history of Drosophila’s contribution to genome research. Science. 2000;287:2216-2218.

32. Vidal M., Cagan R.L. Drosophila models for cancer research. Curr. Opin. Genet. Dev. 2006;16:10-16.

33. Vogel E., Blijleven W.G.H., Klapwijk P.M., Zijlstra J.A. Some currant perspectives at the application of Drosophila in the evaluation of carcinogens. The Predictive Value of Short-Term Screening Tests in Carcinogenicity. Eds G.M. Williams, R. Kroes, H.W. Waaijers, K.W. Van de Poll. Amsterdam: Elsevier, 1980.

34. Wilkinson C.F., Brattsten L.B. Microsomal drug metabolizing enzymes in Insects. Drug Metab. Rev. 1972;1:153.

35. Wieshaus E., Nusslein-Volhard Ch. Looking at Embryos. Drosophila: A Practical Approach. Ed. D.B. Roberts. Oxford, Washington DC: IRL Press, 1986.

36. Wolf F.W., Heberlein U. Inverterbrate models of drug abuse. J. Neurobiol. 2003;54:161-178.

37. Zijlstra J.A., Vogel E.W., Breimer D.D. Pharmacological and toxicological aspects of mutagenicity research in Drosophila melanogaster. Reviews in Biochemical Toxicology. V. 8. Eds E. Hodgston, J.R. Bend, R.M. Philpot. Amsterdam: Elsevier, 1987.