Genotoxic Effects in Spleen and Bone Marrow of Wistar Rats Chronically Exposed to Tritium Oxide and 3H-Thymidine with Drinking Water

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: The operation of nuclear facilities such as NPPs is accompanied by the formation and release of tritium compounds into the environment. Currently available data on the biological effects of tritium, especially its organic compounds, are very scattered and fragmentary. There is still no consensus on the regulation of the content of inorganic and organic tritium compounds in different environments. This leads, for example, to a wide range of permissible levels of tritium in the environment in different countries, which requires additional experimental and calculated data in order to harmonize standards and ensure the safety of the members of the public living near such nuclear facilities. The purpose of this work is a comparative assessment of molecular cellular biological effects (formation of DNA double-strand breaks and micronuclei) upon exposure to individual tritiated compounds in mammals.

Material and methods: An in vivo study was conducted on male rats that received orally drinking water containing tritium oxide (HTO) or 3H-thymidine with a volumetric specific activity of 800 kBq/l for 10, 21 and 31 days. The number of DNA double-strand break (DSB) repair foci in rat splenocytes was assessed by immunocytochemical staining of phosphorylated histone H2AX (γH2AX) foci. An analysis of the frequencies of polychromatophilic erythrocytes (PCE) with micronuclei (MN) in the bone marrow of rats was also carried out.

Results: The genotoxic effect of both forms of tritium was determined by a significant yield of DNA DSBs in splenocytes and micronuclei in bone marrow PCE (a more pronounced effect on the 31st day of 3H-thymidine action). With chronic exposure to 3H-thymidine on days 21 and 31, the number of γH2AX foci significantly increases; in the case of HTO, the level of foci on days 31 does not significantly change. Exposure to HTO and 3H-thymidine caused approximately the same induction of PCE with micronuclei on days 10 and 21, but by day 31 the effect of 3H-thymidine was approximately 40 % greater than that of HTO. The experiment revealed a likely genotoxic effect of inhaled tritium in control rats that were kept in the same room as the rats that received HTO and 3H-thymidine orally. However, additional experiments are needed to confirm this effect.

Conclusion: The result of this work expands the understanding of the mutation process in mammalian cells exposed to internal ionizing radiation when taking compounds containing tritium. Increased genotoxicity is observed when rats ingest drinking water containing tritium with an activity of 800 kBq/l.

About the authors

S. M. Rodneva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

L. P. Sycheva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

A. A. Maksimov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

E. S. Zhorova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

A. A. Tsishnatti

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

G. S. Tishchenko

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

Yu. A. Fedotov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center; N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

T. M. Trubchenkova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

E. I. Yashkina

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

D. V. Guryev

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

V. G. Barchukov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sontyaga@yandex.ru
Moscow, Russia

References

  1. Fairlie I. The Hazards of Tritium-Visited. Med Confl Surviv. 2008;Oct-Dec;24(4):306-19. doi: 10.1080/13623690802374239. PMID: 19065871.
  2. Barchukov VG, Kochetkov OA, Klochkov VN, Eremina NA, Maksimov AA. Distribution of Tritium and its Compounds in the Environment under Normal Conditions of Operating of Kalininskaya Nuclear Power Plant. Med Truda i Prom Ekol. = Occupational Medicine and Industrial Ecology. 2021;61(9):594-600.https://doi.org/10.31089/1026-9428-2021-61-9-594-600(In Russ.).
  3. Balonov MI., Likhtarev IA., Moskalev Y. The Metabolism of3H Compounds and Limits for Intakes by Workers. Health Phys. 1984;47(5):761-73. doi: 10.1097/00004032-198411000-00008. PMID: 6511419.
  4. HPA. Review of Risks from Tritium. RCE-4. Chilton: Health Protection Agency, 2007. https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7da092e5274a6b89a512ed/RCE-4_Advice_on_tritium.pdf
  5. Kim SB., Baglan N, Davis PA. Current Understanding of Organically Bound Tritium (OBT) in the Environment. J Environ Radioact. 2013;126:83-91.https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2013.07.011
  6. Harrison JD, Khursheed A, Lambert BE. Uncertainties in Dose Coefficients for Intakes of Tritiated Water and Organically Bound Forms of Tritium by Members of the Public. Radiat Prot Dosimetry. 2002;98(3):299-311. DOI: 0.1093/oxfordjournals.rpd.a006722. PMID: 12018747.
  7. Snigireva GP, Khaimovich TI, Bogomazova AN, Gorbunova IN, Nagiba VI, Nikanorova EA, et al. Cytogenetic Examination of Nuclear Specialists Exposed to Chronic Beta-Radiation of Tritium. Radiatsionnaya biologiya. Radioekologiya = Radiation Biol. Radioecol. 2009;49(1):60-6 (In Russ.).
  8. Radiation Safety Standards. NRB-99/2009. SanPin 2.6.1.2523-09. Ionizing radiation, Radiation Safety. Appendix 2a.(In Russ.).
  9. Gueguen Y, Priest ND, Dublineau I, Bannister L, Benderitter M, Durand C, et al. Vivo Animal Studies Help Achieve International Consensus on Standards and Guidelines for Health Risk Estimates for Chronic Exposure to Low Levels of Tritium in Drinking Water. Environ Mol Mutagen. 2018;59(7):586-94. doi: 10.1002/em.22200. PMID: 30151952.
  10. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the Protection of Animals used for Scientific Purposes. ELI: http://data.europa.eu/eli/dir/2010/63/oj
  11. Osipov A, Chigasova A, Yashkina E, Ignatov M, Fedotov Y, Molodtsova D, Vorobyeva N, Osipov AN. Residual Foci of DNA Damage Response Proteins in Relation to Cellular Senescence and Autophagy in X-Ray Irradiated Fibroblasts. Cells. 2023;Apr 21;12(8):1209. doi: 10.3390/cells12081209. PMID: 37190118.
  12. Schmid W. The Micronucleus Test. Mutat Res. 1975;31:9-15. doi: 10.1016/0165-1161(75)90058-8. PMID: 48190.
  13. OECD Guideline for the Testing of Chemicals N474. 2016. Mammalian Erythrocytes Micronucleus Test. Adopted: 29 July 2016https://www.oecd-ilibrary.org/docserver/9789264264762-en.pdf?expires=1619012690&id=id&accname =guest&checksum=86524B6E2974E8366F62DA2CFD91BDB7
  14. Guidelines. Assessment of the Mutagenic Activity of Environmental Factors in Cells of Various Mammalian Organs Using the Micronuclear Method. Moscow, Interdepartmental Scientific Council on Human Ecology and Environmental Hygiene of the Russian Federation Publ., 2001. 22 p. (In Russ.).
  15. Heddle JA, Cimino MC, Hayashi M, et al. Micronuclei as an Index of Cytogenetic Damage: Past, Present, and Future. Environ Mol Mutagen. 1991;18:277-91. doi: 10.1002/em.2850180414. PMID: 1748091.
  16. Smith-Roe SL, Wyde ME, Stout MD, et al. Evaluation of the Genotoxicity of Cell Phone Radiofrequency Radiation in Male and Female Rats and Mice Following Subchronic Exposure. Environ Mol Mutagen. 2020; 61(2):276-290. doi: 10.1002/em.22343. PMID: 31633839.
  17. Alloni D, Cutaia C, Mariotti L, Friedland W, Ottolenghi A. Modeling Dose Deposition and DNA Damage Due to Low-Energy H3 Emitters. Radiat Res. 2014;182:322-30. doi: 10.1667/RR13664.1.
  18. Vorobyeva NYu, Kochetkov OA, Pustovalova MV, Grekhova AK, Blokhina TM, Yashkina EI, et al. Comparative Study of γH2AX Foci Formation in Human Mesenchymal Stem Cells Exposed to 3H-thymidine, Tritium Oxide and X-rays. Kletochnyye Tekhnologii v Biologii i Meditsine = Cell Technologies in Biology and Medicine. 2018;3:205-8 (In Russ.).
  19. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans (78) // Ionizing Radiation. Part 2. Some Internally Deposited Radionuclides. Lyon, France: IARC Working Group on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 2001.
  20. Priest ND, Blimkie MS, Wyatt H, Bugden M, Bannister LA, Gueguen Y, et al. Tritium (3H) Retention in Mice: Administered As HTO, DTO or as 3H-Labeled Amino-Acids. Health Phys. 2017;112(5):439-44. doi: 10.1097/HP.0000000000000637. PMID: 28350697.
  21. Roch-Lefevre S, Gregoire E, Martin-Bodiot C, Flegal M, Freneau A, Blimkie M, et al. Cytogenetic Damage Analysis in Mice Chronically Exposed to Low-Dose Internal Tritium Beta-Particle Radiation. Oncotarget. 2018;9(44):27397-411. doi: 10.18632/oncotarget.25282. PMID: 29937993.
  22. Rapport IRSN 2021-00206. Actualisation Des Connaissances Sur Les Effets Biologiques Du Tritium. Clamart, France, the Institute for Radiation Protection and Nuclear Safety (IRSN), 2021. 68 p. ttps://www.irsn.fr/sites/default/files/documents/actualites_presse/ actualites/20210506_IRSN-rapport-2021-00206-TRITIUM.pdf
  23. Rodneva SM, Osipov AA, Gur’ev DV, Tsishnatti AA, Fedotov YuА, Yashkina EI, Vorob’eva NYu, Maksimov AA, Kochetkov OA, Osipov AN. Comparative Investigations of the Γh2ax Foci Forming in Human Lung Fibroblasts Incubated in Media Containing Tritium-Labeled Thymidine or Amino Acids. Kletochnyye Tekhnologii v Biologii i Meditsine = Cell Technologies in Biology and Medicine. 2021;3:166-70 (In Russ.). doi: 10.47056/1814-3490-2021-3-166-170.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».