Personalized toxicology: phenomenology, relevance, development prospects

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Personalized toxicology is a research area that studies the individual toxicity of hazardous chemical compounds by experimental and clinical toxicology based on new molecular medicine approaches, including genetics and epigenomics, for prevention, diagnosis, and treatment of chemically induced diseases.

Goal of Research. To study individual genetically and epigenetically induced mechanisms of body’s response to exposure to chemical substances, and their effect on preclinical and reversible changes, development of intoxications, and long-term effects, as well as assessment of the individual health risk of exposure to a chemical factor.

About the authors

V. R. Rembovskiy

Scientific Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology Federal State Unitary Enterprise under Federal Medical Biological Agency

Email: niigpech@rihophe.ru
ORCID iD: 0000-0001-9636-3807
SPIN-code: 7427-7395

Doctor of Medical Sciences, Professor, Scientific Director

Russian Federation, Leningrad Region, Russia

L. A. Mogilenkova

Scientific Research Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology Federal State Unitary Enterprise under Federal Medical Biological Agency

Author for correspondence.
Email: gpech@fmbamail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9033-0537
SPIN-code: 7427-7395

Doctor of Medical Sciences, Leading Researcher

Russian Federation, Leningrad Region, Russia

References

  1. Устав (Конституция) Всемирной организации здравоохранения. Принят 22 июля 1946 г., Нью-Йорк. (Текст с поправками документа: резолюция WHA12.43 от 25 октября 1960 года – сверен по Министерство здравоохранения – Издательство "Медицина", ВОЗ, Женева, 1968 год. [Ustav (Konstitucija) Vsemirnoj organizacii zdravoohranenija. Prinjat 22 ijulja 1946 g., N'ju-Jork. (Tekst s popravkami dokumenta: rezoljucija WHA12.43 ot 25 oktjabrja 1960 goda – sveren po Ministerstvo zdravoohranenija – Izdatel'stvo "Medicina", VOZ, Zheneva, 1968 god. (In Russ.)]
  2. Уйба В.В. Современные технологии охраны здоровья при воздействии особо опасных факторов. Персонифицированный подход // Научные основы эффективности и безопасности лекарственных средств / Под ред. М.А. Пальцева, Н.Н. Белушкиной. М.: РАН, 2015. – С. 30–44. [Ujba V.V. Sovremennye texnologii oxrany zdorovya pri vozdejstvii osobo opasnyx faktorov. Personificirovannyj podxod // Nauchnye osnovy effektivnosti i bezopasnosti lekarstvennyx sredstv / Pod red. MA. Palceva, NN. Belushkinoj. M.: RAN, 2015:30–44. (In Russ.)]
  3. Баранов В.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности». Введение в предиктивную медицину. СПб.: Интермедика, 2000. [Baranov VS, Baranova EV, Ivashchenko TE, Aseev MV. Genom cheloveka i geny “predraspolozhennosti”. Vvedenie v prediktivnuyu meditsinu. Saint Petersburg: Intermedika; 2000. (In Russ.)]
  4. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А. Процессы детоксикации при воздействии химических веществ на организм. СПб.: изд-во Политехнического н-та, 2017. 383 с. [Rembovskiy VR, Mogilenkova LA. Protsessy detoksikatsii pri vozdeystvii khimicheskikh veshchestv na organizm. Saint Petersburg: Izdatelstvo Politekhnicheskogo universiteta; 2017. http://doi.org/10.18720/SPBPU/2/i17-431>. (In Russ.)]
  5. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А. Перспективы развития персонализированной токсикологии // Medline.ru, 2019. – Т. 20. – С. 244–249. [Rembovsky VR., Mogilenkova LA. Prospects for the development of personalized toxicology. Medline.ru. 2019; 20: 244-249. (In Russ.)]
  6. Jain KK. Textbook of Personalized Medicine // Humana Press, NY. 2015. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-2553-2557.
  7. Баранов В.С., Асеев М.В., Баранова Е.В. «Гены предрасположенности» и генетический паспорт // Природа. – 1999. – №3. – С. 17–27. [Baranov V.S., Aseev M.V., Baranova E.V. «Geny predraspolozhennosti» i geneticheskij pasport // Priroda. 1999;3:17–27. (In Russ.)]
  8. Hale VG, Woo K, Lipton HL. Oxymoron no more: the potential of nonprofit drug companies to deliver on the promise of medicines for the developing world // Health Affairs. 2005;24:1057–1063. doi: 10.1377/hlthaff.24.4.1057
  9. Hood L, Friend SH. Predictive, personalized, preventive, participatory (P4) cancer medicine // Nat. Rev. Clin. Oncol. 2011;8:184–187. https://doi.org/10.1038/nrclinonc.2010.227.
  10. Киселев В.И., Пальцев М.А. Регуляция активности генов и новые лекар-ственные вещества // Научные основы эффективности и безопасности ле¬карственных средств / Под ред. М.А. Пальцева, Н.Н. Белушкиной. М.: РАН, 2015. – С. 93–106. [Kiselev V.I., Pal'cev M.A. Reguljacija aktivnosti genov i novye lekarstvennye veshhestva // Nauchnye osnovy jeffektivnosti i bezopasnosti lekarstvennyh sredstv / Pod red. MA Pal'ceva, NN Belushkinoj. M.: RAN, 2015: 93–106 (In Russ.)]
  11. Мартинчик А.Н., Маева И.В., Янушевич О.О. Общая нутрициология: Учебное пособие. М.: Медпрес-информ, 2005. [Martinchik A.N., Maeva IV, Janushevich OO. Obshhaja nutriciologija: Uchebnoe posobie. M.: Medpres-inform, 2005. (In Russ.)]
  12. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А., Бельтюков П.П. Персонализированный подход в экспериментальной токсикологии. Medline.ru. 2020. Т. 21, С. 442-451. [Rembovskiy VR, Mogilenkova LA, Beltyukov PP. Personalized approach in experimental toxicology. Medline.ru. 2020; 21: 442-451.
  13. Хаитов Р.М. Иммунология: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. [Haitov RM. Immunologiya: uchebnik. M.: GEOTAR-Media, 2016. (In Russ.)]
  14. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты М.: Изд-во: М.: Фирма «Слово», 2006. [Men'shhikova E.B., Lankin V.Z. Okislitel'nyj stress. Prooksidanty i antioksidanty M.: Slovo, 2006. https://doi.org/10.12737/article_590823a565aa50.41723117 (In Russ.)]
  15. Фукс Б.Б. Факторы транскрипции программируют гены нейронов. участвующих в запрограммированном поведении // Бюлл. сиб. медицины. 2013 – Т.12, № 2. – С. 275–283. [Fuchs BB. Transcription factors program neuron genes. involved in programmed behavior // Bull. sib. medicine. 2013;12 (2):275–283. (In Russ.)]
  16. Заботина А.М., Белинская М.А., Журавлев А.С. и др. Влияние полиморфных вариантов rs6311 и rs6313 гена рецептора серотонина 2A (HTR2A) на уровень его мРНК и белка в лейкоцитах периферической крови при терапии антипсихотиками // Цитология. 2018. – Т. 60. № 5. – С. 381–389. [Zabotina AM, Belinskaya MA, Zhuravlev AS et al. Cell and Tissue Biology. 2018; 12 (5): 382-390. doi: 10.31116/tsitol.2018.05.08 (In Russ.)]
  17. Heinz A, Goldman D, Jones D. et al. Genotype influences in vivo dopamine transporter availability in human striatum // Neuropsychopharmacology. 2000;22:133–139. doi: 10.1016/S0893–133X(99)00099/
  18. Ness S, Owens M, Kilts C. The variable number of tandem repeats element in DAT1 regulates in vitro dopamine transporter density // BMC Genet-2005;6:55–66. https://doi.org/10.1186/1471-2156-6-55.
  19. Голимбет В.Е., Алфимова М.В., Митюшина Н.Г. Полиморфизм гена рецептора серотонина (5HTR2A) и особенности личности // Молек. биол. 2004. – Т. 38, №3. – С. 404-41l. [Golimbet VE, Alfimova MV, Mitjushina NG. Polymorphism of the serotonin 2A receptor gene (5HTR2A) and personality traits
  20. // Molek. biol. 2004; 38 (3): 337-344. (In Russ.)]
  21. Поликанова И.С., Коршунов А.В., Леонов С.В., Веракса А.Н. Ассоциация рецептора к дофамину второго типа (DRD2) с развитием утомления в результате длительной когнитивной нагрузки // Национальный психологический журнал. 2016. – № 3(23). – С. 115–126. [Polikanova IS, Korshunov AV, Leonov SV, Veraksa AN. Type II dopamine receptor (DRD2) association with the development of fatigue as a result of prolonged cognitive load // National psychological journal. 2016;3(23):115–126. doi: 10.11621/npj.2016.0314 (In Russ.)]
  22. Lucht MJ, Barnow S, Sonnenfeld C. et al. Associations between the oxytocin receptor gene (OXTR) and affect, loneliness and intelligence in normal subjectsand affect // Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psych. 2009;1,33(5):860–866. doi: 10.1016/j.pnpbp.2009.04.004.
  23. Валиуллина А.Р. Изучение роли генов нейропептидов и нейротрансмиттерных систем в развитии агрессивного поведения человека: автореф. дис. … канд.биол.наук. Уфа, 2013. – 20 с. [Valiullina AR. Izuchenie roli genov nejropeptidov i nejrotransmitternyh sistem v razvitii agressivnogo povedenija cheloveka: avtoref. dis. … kand.biol.nauk. Ufa, 2013. 20 s.]
  24. Платонкина Т.В., Боговин Л.В., Наумов Д.Е., Овсянкин А.И. Генетические исследования депрессивных расстройств: обзор литературы // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2018. – Вып. 68. – С. 96–106. [Platonkina TV, Bogovin LV, Naumov DE, Ovsjankin AI. Genetic researches of depressive disorders: literature review// Bulletin of Physiology and Respiratory Pathology. 2018; 68:96–106. doi: 10.12737/агticle_5b19ее7411be17.38016141 (In Russ.)]
  25. Софронов Г.А., Рембовский В.Р., Радилов А.С., Могиленкова Л.А. Современные взгляды на механизм токсического действия диоксинов и их санитарно-гигиеническое нормирование. Мед. акад. журнал. 2019. – Т. 19, №1. – С. 17–28. [Sofronov GA, Rembovskij VR, Radilov AS, Mogilenkova LA. Modern views on the mechanism of the toxic action of dioxins and their hygienic rationing. Med. аcad. journal. 2019; 19 (1): 17–28. https://doi/org /10.17816/MAJ19117-28 (In Russ.)]
  26. Филиппов В.Л., Рембовский В.Р., Филиппова Ю.В. Влияние химического фактора на психосоматическое здоровье персонала химически опасных объектов. Экология и развитие общества. СПб.: МАНЭБ, 2015. – № 2 (13). – С. 31–7. [Filippov VL, Rembovskij VR, Filippova YuV. Vliyanie himicheskogo faktora na psihosomaticheskoe zdorov'e personala himicheski opasnyh ob"ektov. Ekologiya i razvitie obshchestva. № 2 (13). SPb.: MANEB, 2015;(13):31–37. (In Russ.)]
  27. Рембовский В.Р., Могиленкова Л.А., Олейникова Е.В. Анализ риска в системе мониторинга воздействия химического фактора. СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2014. 304 с. [Rembovskij VR, Mogilenkova LA, Olejnikova EV. Analiz riska v sisteme monitoringa vozdejstviya himicheskogo faktora. SPb.: ELBI-SPb, 2014. 304 s (In Russ.)]
  28. Филиппов В.Л., Филиппова Ю.В. Химическая психосоматическая болезнь. Медико-гигиенические аспекты обеспечения работ с особо опасными химическими веществами. // Труды научно-практ. конф., посв. 40-летию НИИ ГПЭЧ ФУ «Медбиоэкстрем» МЗ России. – СПб. – 2002. – С. 106–116. [Filippov VL, Filippova YuV. Himicheskaya psihosomaticheskaya bolezn'. Mediko-gigienicheskie aspekty obespecheniya rabot s osobo opasnymi himicheskimi veshchestvami // Proceedings of scientific and practical. Conf. The 40th anniversary of the Research Institute of GPEC FU Medbioextrem of the Ministry of Health of Russia. – SPb, 2002:106–116. (In Russ.)]
  29. Дюжикова Н.А., Даев Е.В. Геном и стресс-реакция у животных и человека. Экологическая генетика. 2018. Т. 16. № 1: 4–26. [Dyuzhikova NA, Daev EV. Genome and stress-reaction in animals and humans. Ecological Genetics. 2018;16(1): 4–26. https://doi.org/10.17816/ecogen1614-26 (In Russ.)]
  30. Закиян С.М., Власов В.В., Дементьева Е.В. Эпигенетика – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. – 592 с. [Zakijan SM, Vlasov VV, Dement'eva EV. Jepigenetika – Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2012. 592 s. doi: 10.1371/journal.pone.0144698. (In Russ.)]
  31. Graff J, Kim D, Dobbin MM, Tsai LH. Epigenetic regulation of gene expression in physiological and pathological brain processes. Physiol Rev. 2011; 91(2): 603–649. doi: 10.1152/physrev.00012.2010
  32. Tsuji M, Miyagawa K, Takeda H. Epigenetic regulation of resistance to emotional stress: possible involvement of 5-HT1A receptor-mediated histone acetylation. J Pharmacol Sci. 2014;125(4): 347–354. doi: 10.1254/jphs.14r07cp
  33. Xu L, Sun Y, Gao L, et al. Prenatal restraint stress is associated with demethylation of corticotrophin releasing hormone (CRH) promoter and enhances CRH transcriptional responses to stress in adolescent rats. Neurochem Res. 2014;39(7): 1193-1198. doi: 10.1007/s11064-014-1296-0.
  34. Murgatroyd C., Spengler D. Epigenetic programming of the HPA axis: early life decides. Stress. 2011;14(6): 581–589. doi: 10.3109/10253890.2011.602146.
  35. Tsankova NM, Berton O, Renthal W. et al. Sustained hippocampal chromatin regulation in a mouse model of depression and antidepressant action // Nat Neurosci. 2006; 9(4): 519–525. doi: 10.1038/nn1659.
  36. Tsankova NM, Kumar A, Nestler EJ. Histone modifications at gene promoter regions in rat hippocampus after acute and chronic electroconvulsive seizures // J Neurosci. 2004; 24(24): 5603-5610. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0589-04.2004
  37. Ferreira MA, O'Donovan MC, Meng YA., et al. Collaborative genome-wide association analysis supports a role for ANK3 and CACNA1C in bipolar disorder // Nat Genet. 2008; 40:1056. doi: 10.1038/ng.209. PMID: 18711365.
  38. McGowan PO, Hope TA, Meck WH, et al. Impaired social recognition memory in recombination activating gene 1-deficient mice. Brain Res. 2011; 1383: 187–195. doi: 10.1016/j.brainres.2011.02.054. Epub 2011
  39. Misiewicz Z., Iurato S., Kulesskaya N., Salminen L. [et al.] Multi-omics analysis identifies mitochondrial pathways associated with anxiety-related behavior // PLoS genetics. 2019; 15(9). e1008358. doi: 10.1371/journal.pgen.1008358.
  40. Паткин Е.Л., Софронов Г.А. Эпигенетика популяций, экотоксикогенетика и болезни человека // Эколог. генетика. 2012. – № 10 (4). – С. 14–28. [Patkin EL, Sofronov GA. Population epigenetics, ecotoxicology and human diseases. Ekol Genet. 2012;10(4):14-28. (In Russ.)]
  41. Horvath S, Garagnani P, Bacalini MG et al. Accelerated epigenetic aging in Down syndrome. Aging Cell. 2015;(14):491–495. doi: 10.1111/acel.12325
  42. Баранов В.С., Баранова Е.В. Эволюция молекулярной медицины: от элек-тронного «генетического паспорта» до геномной электронной карты здоро¬вья // Молекулярно–биологические технологии в медицинской практике. 2016. Новосибирск: ООО «Академиздат», 2016. – Вып. 24. – С. 3-17. [Baranov VS, Baranova E V Evolution of Molecular Medicine: from Electronic Genetic Passport to Genomic Electronic Health Records // Molecular biologic technologies in medical practice [Molekulyarno-biologicheskie tekhnologii v meditsinskoy praktike]. Novosibirsk: Akademizdat, 2016;24:3-17. (In Russ.)]
  43. Баранов В.С. Программа «Геном человека» как научная основа профилак-тической медицины. Вестн. РАМН. 2000. № 10. С. 27–37. [Baranov VS. Program “Human Genome” as a scientific basis for preventive medicine. Medicines // Westn. RAMS. 2000;10: 27–37. (In Russ.)]
  44. Щербо С. Н., Щербо Д. С. Лабораторная медицина как основа персонали-зированной медицины. Применение биочипов в медицине. Клинич. лабор. диагн. 2014. – Т. 59, № 5. – С. 4–11. [Scherbo SN, Scherbo DS. Laboratory medicine as the basis of personalized medicine. The use of biochips in medicine. Clinic lab diagnosis. 2014;59, 5:1-11. doi: 10.1186/1878-5085-4-7. (In Russ.)]
  45. Perna L., Zhang Y., Mons U. et al. Epigenetic age acceleration predicts cancer, cardiovascular, and all-cause mortality in a German case cohort. Clin Epigenetics. 2016;8: 64. https://doi org/ 10.1186/s13148-016-0228-z
  46. Morgan E. Levine, Ake T. Lu et al. An epigenetic biomarker of aging for lifespan and healthspan. Aging (Albany NY). 2018;10(4): 573–591. https://doi.org/10.1101/276162

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. “Dose – effect” dependences of the action of CV in the dynamics of observation

Download (388KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Rembovskiy V.R., Mogilenkova L.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».