Poškození DNA a oxidativní stres jako biomarkery lidské expozice

Bc. Anna Kalužová

Master's thesis

DNA damage and oxidative stress as a human exposure biomarkers

Abstract:

Moderní civilizace je neustále exponována směsi chemických látek v nejrůznějších sférách života. Některé z těchto látek přispívají k oxidativnímu stresu (OS) skrze tvorbu reaktivních forem, které, pokud nejsou potlačeny tělesnými antioxidanty (AO), způsobují poškození buněčných složek, vedoucí k množství zdravotních komplikací. Pro studium vztahů mezi expozicí a zdravotními riziky může být lidský biomonitoring (HBM) použit k hodnocení efektu prostřednictvím specializovaných biomarkerů. Tato práce se zabývá hodnocením pracovní expozice hasičů, kteří jsou během své služby a tréninkových aktivit vystaveni celé škále rizikových faktorů a sloučenin, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs) a perfluorované alkylované sloučeniny (PFASs). Efekty této expozice na buněčnou redoxní rovnováhu byly vyšetřovány ve vzorcích krve a moči ze studie CELSPAC – FIREexpo. Oxidativní poškození DNA bylo stanoveno kvantifikací oxidovaného deoxyguanosinu (8 OHdG) nebo jeho nukleobáze (8-OHGua) dvěma metodami: (1) množství 8-OHdG v moči pomocí kapalinové chromatografie-tandemové hmotnostní spektrometrie (LC-MS/MS); (2) množství 8-OHGua v leukocytech pomocí kometového testu s použitím enzymu formamidopyrimidin DNA glykosylázy (CA/FPG). Aktivity AO enzymů – superoxiddismutázy (SOD) v erytrocytech a katalázy (CAT) v séru – byly hodnoceny kolorimetricky. Data ukazují, že expozice hasičů může způsobovat nárůst oxidativního poškození DNA a pozměnění aktivity AO enzymů. Leukocytární 8-OHGua a aktivita CAT značně vzrostly a aktivita SOD naopak poklesla po expozici PAHs v porovnání s hodnotami před výcvikem. Výsledky ukázaly, že změny v biomarkerech OS mohou představovat vhodný způsob odrážející profesní expozici hasičů. Modifikace těchto parametrů může značit, že současné hasičské vybavení a hygienická opatření pravděpodobně nedostačují k ochraně před pracovní expozicí.

Abstract:

Modern civilization is constantly exposed to mixture of chemicals in various spheres of life. Some of these substances contribute to oxidative stress (OS) by forming reactive species, which, when not quenched by antioxidant (AO) body systems, cause damage to cellular components, leading to number of adverse health effects. To study relationships between exposure and health risks, human biomonitoring (HBM) can be applied for effect assessment by evaluation of specialized biomarkers. This thesis brings into focus assessment of occupational exposure of fire-fighters, who are during their service and training activities exposed to variety of hazardous factors and compounds, such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and perfluorinated alkylated substances (PFASs). Effects of such exposure on cellular redox status was investigated in blood and urine specimens from CELSPAC – FIREexpo study. Oxidative DNA damage was examined by quantification of oxidized deoxyguanosine (8 OHdG) or its nucleobase (8-OHGua) with two methods: (1) urinary 8-OHdG levels with liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS); (2) leukocyte 8-OHGua using comet assay with enzyme formamimdopyrimidine DNA glycosylase (CA/FPG). Activities of AO enzymes – erythrocyte superoxide dismutase (SOD) and serum catalase (CAT) – were evaluated with colorimetric techniques. Data display that fire-fighting exposure can cause the increase of oxidative DNA damage, and modification of AO enzyme activities in fire-fighters. Leukocyte 8-OHGua and CAT activity significantly increased, and SOD activity decreased after exposure to PAHs compared to pre training values. To conclude, the results showed that changes in OS biomarkers can represent a suitable tool to reflect occupational exposure of fire-fighters. Such alterations can indicate that current fire fighters’ equipment and hygienic measures are probably not effective enough to protect them from occupational exposure.

Keywords

Lidský biomonitoring, Pracovní expozice, Oxidativní stres, Antioxidant, Biomarker, Poškození DNA, Kometový test, Kataláza, Superoxiddismutáza, 8-hydroxy-2’-deoxyguanosin, Human biomonitoring, Occupational exposure, Oxidative stress, DNA damage, Comet assay, Catalase, Superoxide dismutase, 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 8. 7. 2020
• Supervisor: Mgr. Katarína Řiháčková, Ph.D.
• Reader: Ing. Jana Navrátilová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Analytical Biochemistry