Cytogenetic Analysis of the Cell Line of Multipotent Human Mesenchymal Stromal Cells during Long-Term Cultivation after Exposure to X-Ray Radiation at Low and Medium Doses

Resumo

Purpose: To evaluate the frequency and spectrum of chromosome aberrations under X-Ray exposure at doses of 80, 250, and 1000 mGy in a human multipotent mesenchymal stromal cell (MMSC) cell line during long-term cultivation.

Material and methods: MMSCs were isolated from human gingival mucosa by an enzymatic method and cultured in a serum-free medium. The presence of surface antigens was determined using the method of flow cytometry. The ability of the cell line to differentiate in the osteogenic, adipogenic, and chondrogenic directions was studied using induction media. Authentication was performed by genotyping of polymorphic STR loci, cytogenetic analysis was performed by multicolor fluorescent in situ hybridization (mFISH). Irradiation was carried out on an X-ray biological unit RUB RUST-M1 (Russia) at a dose rate of 40 mGy/min, a voltage of 100 kV, and a current of 0.8 mA.

Results: At the first passage after irradiation, a statistically significant increase in the frequency of non-clonal CA compared with the control was recorded at a dose of 80, but not 250 and 1000 mGy. At the late stages of cultivation, the average frequency of breaks per chromosome in the group of non-irradiated cells did not differ from the values obtained after irradiation at doses of 80, 250, and 1000 mGy (p > 0.05). However, in MMSCs irradiated at a dose of 80 mGy, damage occurred more often in pairs of chromosomes 6 and 10, and at a dose of 1000 mGy, in a pair of chromosomes 9. A single irradiation of MMSCs in vitro did not affect the growth and progression of MMSCs characteristic of the studied primary cell line, of clonal cells with chromosome translocations and monosomy X, but led to an increase in the representation of a clone with tetrasomy 8. The total number of random clones with chromosome translocations that arose de novo increased after irradiation at a dose of 1000 mGy.

Conclusion: Minor fluctuations in the proportion of cells with non-clonal CA, depending on the dose received in the early stages after irradiation (passage 1–4), disappeared at the later stages of cultivation (passage 8–14). There were no differences in mean frequencies between irradiated and non-irradiated MMSCs, but after irradiation, damage to some chromosomes could occur more frequently than others. A single X-ray irradiation of MMSCs can promote the growth and progression of primary pathological cytogenetic clones, regardless of the dose received, as well as an increase in the total number of de novo cell clones with chromosomal translocations that have arisen. A single X-ray irradiation of MMSCs can promote the growth and progression of primary pathological cytogenetic clones, regardless of the dose received, as well as an increase in the total number of de novo cell clones with chromosomal translocations that have arisen.

Sobre autores

V. Nikitina

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

T. Astrelina

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

V. Nugis

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

I. Kobzeva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

E. Lomonosova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

Yu. Suchkova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

T. Malivanova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

V. Brunchukov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

D. Usupzhanova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

V. Brumberg

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

A. Rastorgueva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

E. Dobrovolskaya

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

T. Karaseva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

M. Kozlova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

M. Pustovalova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

A. Chigasova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

N. Vorobyeva

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

A. Osipov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

A. Samoilov

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: nikitinava@yandex.ru
Moscow

Bibliografia

  1. Niwa O., Barcellos-Hoff M.H., Globus R.K., Harrison J.D., Hendry J.H., Jacob P., et al. ICRP Publication 131: Stem Cell Biology with Respect to Carcinogenesis Aspects of Radiological Protection // Ann. ICRP. 2015. V.44, No. 3-4. P. 7-357. doi: 10.1177/0146645315595585.
  2. Hendry J.H., Niwa O., Barcellos-Hoff M.H., Globus R.K., Harrison J.D., Martin M.T., et al. ICRP Publication 131: Stem Cell Biology with Respect to Carcinogenesis Aspects of Radiological Protection // Ann. ICRP. 2016. V.45, No. 1. P. 239-252. doi: 10.1177/0146645315621849.
  3. Morikawa S., Mabuchi Y., Kubota Y., Nagai Y., Niibe K., Hiratsu E., et al. Prospective Identification, Isolation, and Systemic Transplantation of Multipotent Mesenchymal Stem Cells in Murine Bone Marrow // J. Exp. Med. 2009. V.206, No. 11.P. 2483-2496. doi: 10.1084/jem.20091046.
  4. Cairns J. Mutation Selection and the Natural History of Cancer // Nature. 1975. No. 255. P. 197–200. doi: 10.1038/255197a0.
  5. Ильин Л.А., Рождественский Л.М., Котеров А.Н., Борисов Н.М. Актуальная радиобиология: Курс лекций. М.: Издательский дом МЭИ. 2015. 240 с. ISBN 978-5-383-00932-1.
  6. Горбунова В.Н., Баранов В.С. Введение в молекулярную диагностику и генотерапию наследственных заболеваний: Учебное пособие для студентов медицинских вузов. СПб.: Специальная Литература, 1997. 287 с. ISBN 5-87685-076-4.
  7. Gothe H.J., Minneker V., Roukos V. Dynamics of Double-Strand Breaks: Implications for the Formation of Chromosome Translocations // Adv. Exp. Med. Biol. 2018. No. 1044. P. 27-38. doi: 10.1007/978-981-13-0593-1_3.
  8. Терских В.В., Васильев А.В., Воротеляк Е.А. Поляризация и ассиметричное деление столовых клеток // Цитология. 2007. Т.49, № 11. С. 933-938.
  9. Бочков Н.П., Никитина В.А. Цитогенетика стволовых клеток человека // Молекулярная медицина. 2008. № 3.С. 40-47.
  10. Chen M.F., Lin C.T., Chen W.C., Yang C.T., Chen C.C., Liao S.K., et al. The Sensitivity of Human Mesenchymal Stem Cells to Ionizing Radiation // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2006. V.66, No. 1. P. 244-253. doi: 10.1016/j.ijrobp.2006.03.062.
  11. Fekete N., Erle A., Amann E.M., Fürst D., Rojewski M., Langonné A., et al. Effect of High-Dose Irradiation on Human Bone-Marrow-Derived Mesenchymal Stromal Cells // Tissue Engineering Part C Methods. 2015. V.21, No. 2. P. 112-122. doi: 10.1089/ten.TEC.2013.0766.
  12. Nicolay N.H., Lopez Perez R., Saffrich R., Huber P.E. Radio-Resistant Mesenchymal Stem Cells: Mechanisms of Resistance and Potential Implications for the Clinic // Oncotarget. 2015. V.6, No. 23. P. 19366-19380. doi: 10.18632/oncotarget.4358.
  13. Sugrue T., Lowndes N.F., Ceredig R. Mesenchymal Stromal Cells: Radio-Resistant Members of the Bone Marrow // Immunol Cell. Biol. 2013. V.91, No. 1. P. 5-11. doi: 10.1038/icb.2012.61.
  14. Rieger K., Marinets O., Fietz T., Körper S., Sommer D., Mücke C., et al. Mesenchymal Stem Cells Remain of Host Origin Even a Long Time after Allogeneic Peripheral Blood Stem Cell or Bone Marrow Transplantation // Exp. Hematol. 2005. V.33,No. 5. P. 605-611. doi: 10.1016/j.exphem.2005.02.004.
  15. Ломоносова Е.Е., Нугис В.Ю., Снигирева Г.П., Козлова М.Г., Никитина В.А., Галстян И.А. Цитогенетический анализ культур лимфоцитов периферической крови пациента в отдаленные сроки после аварийного облучения с помощью трехцветного FISH-метода // Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т.62, № 1. С. 5-17. doi: 10.31857/S0869803122010064.
  16. Dominici M., Le Blanc K., Mueller I., Slaper-Cortenbach I., Marini F., Krause D., et al. Minimal Criteria for Defining Multipotent Mesenchymal Stromal Cells. The International Society for Cellular Therapy Position Statement // Cytotherapy. 2006. V.8, No. 4. P. 315-317. doi: 10.1080/14653240600855905.
  17. Shaffer L.G., McGowan-Jordan J., Schmid M. ISCN 2013: an International System for Human Cytogenetic Nomenclature - 2013. Basel: Karger, 2013.
  18. Никитина В.А., Астрелина Т.А., Кобзева И.В., Нугис В.Ю., Ломоносова Е.Е., Семина В.В. и др. Цитогенетическая характеристика диплоидных линий мезенхимных мультипотентных стромальных клеток // Цитология. 2021. Т.63, № 3. С. 207-220. doi: 10.31857/S0041377121030081.
  19. Бочков Н.П., Воронина Е.С., Катосова Л.Д., Никитина В.А. Цитогенетическое исследование мультипотентных мезенхимных стромальных клеток человека в процессе культивирования // Медицинская генетика. 2009. Т.12, № 90.С. 3-6.
  20. Кольцова А.М., Зенин В.В., Петросян М.А., Турилова В.И., Яковлева Т.К., Полянская Г.Г. Получение и характеристика линий мезенхимных стволовых клеток, выделенных из разных областей плаценты одного донора // Цитология. 2020. Т.62, № 9. С. 623-637. doi: 10.31857/S0041377120090035.
  21. Полянская Г.Г. Сравнительный анализ характеристик линий мезенхимных стволовых клеток человека, полученных в коллекции культур клеток позвоночных (обзор) // Клеточные культуры. 2018;34:3-18.
  22. Barkholt L., Flory E., Jekerle V., Lucas-Samuel S., Ahnert P., Bisset L., et al. Risk of Tumorigenicity in Mesenchymal Stromal Cell-Based Therapies - Bridging Scientific Observations and Regulatory Viewpoints // Cytotherapy. 2013. V.15, No. 7. P. 753-759. doi: 10.1016/j.jcyt.2013.03.005.
  23. Pustovalova M., Grekhova A., Astrelina Т., Nikitina V., Dobrovolskaya E., Suchkova Y., et al. Accumulation of Spontaneous γH2AX Foci in Long-Term Cultured Mesenchymal Stromal Cells // Aging. 2016. V.8, No. 12. P. 3498-3506. doi: 10.18632/aging.101142.
  24. Pustovalova M., Astrelina Т.A., Grekhova A., Vorobyeva N., Tsvetkova A., Blokhina T., et al. Residual γH2AX Foci Induced by low Dose X-Ray Radiation in Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells Do Not Cause Accelerated Senescence in the Progeny of Irradiated Cells // Aging. 2017. V.9, No. 11. P. 2397-2410. doi: 10.18632/aging.101327.
  25. Nikitina V., Nugis V., Astrelina T., Zheglo D., Kobzeva I., Kozlova M., et al. Pattern of Chromosomal Aberrations Persisting Over 30 Years in a Chernobyl Nuclear Power Plant Accident Survivor: Study Using mFISH // J. Radiat. Res. 2022. V.63, No. 2. P. 202-212. doi: 10.1093/jrr/rrab131.
  26. Величко А.К., Разин С.В., Кантидзе О.Л. Клеточный ответ на повреждения ДНК, возникающие в рибосомных генах // Молекулярная биология. 2021. Т.55, № 2. С. 210-222. doi: 10.31857/S0026898421020142.
  27. Hemsing A.L., Hovland R., Tsykunova G., Reikvam H. Trisomy 8 in Acute Myeloid Leukemia // Expert Rev. Hematol. 2019. V.12, No. 11. P. 947-958. doi: 10.1080/17474086.2019.1657400.
  28. Dugan L.C., Bedford J.S. Are Chromosomal Instabilities Induced by Exposure of Cultured Normal Human Cells to Low- or High-LET Radiation? // Radiat. Res. 2003. V.159, No. 3.P. 301-311. doi: 10.1667/0033-7587(2003)159[0301:aciibe]2.0.co;2.
  29. Serakinci N., Guldberg P., Burns J.S., Abdallah B., Schrødder H., Jensen T., et al. Adult Human Mesenchymal Stem Cell as a Target for Neoplastic Transformation // Oncogene. 2004. V.23, No. 29. P. 5095-5098. doi: 10.1038/sj.onc.1207651.
  30. Nikitina V., Astrelina T., Nugis V., Ostashkin A., Karaseva T., Dobrovolskaya E., et al. Clonal Chromosomal and Genomic Instability During Human Multipotent Mesenchymal Stromal Cells Long-Term Culture // PLoS One. 2018. V.13, No. 2.P. e0192445. doi: 10.1371/journal.pone.0192445.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
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».