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Tossicologia medica Capitolo 8 Effetti mutageni delle sostanze chimiche esogene
Questa è una mappa mentale sugli effetti mutageni delle sostanze chimiche esogene nel capitolo 8 di Tossicologia, compresi i tipi di effetti mutageni delle sostanze chimiche esogene, Il meccanismo mutageno delle sostanze chimiche esogene, l'impatto del corpo sugli effetti mutageni, ecc.
Modificato alle 2023-12-17 16:31:29
Tossicologia medica Capitolo 8 Effetti mutageni delle sostanze chimiche esogene
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Capitolo 8 Effetti mutageni delle sostanze chimiche esogene
Panoramica
eredità
Mantenere i fondamenti delle caratteristiche razziali biologiche
variazione
La fonte di nuove specie biologiche
mutazione
Cambiamenti nel materiale genetico stesso e mutazioni risultanti
variazione ereditaria
tipo
mutazione spontanea
Il processo di comparsa è lungo e il tasso di incidenza è estremamente basso, il che è legato all'evoluzione della specie.
mutazione indotta
Il processo di insorgenza è breve e il tasso di incidenza è elevato, il che presenta vantaggi e svantaggi per gli esseri umani.
mutagenesi
Le sostanze chimiche e altri fattori ambientali causano resti biologici La capacità di trasmettere i cambiamenti della materia e il processo di cambiamento possono essere trasmessi durante la divisione cellulare
Il verificarsi e il processo di mutazione
mutageni
mutageno diretto
mutageno indiretto
Tipi di mutazioni causate da sostanze chimiche esogene
mutazione genetica
sostituzione di base
Mutazione causata dal cambiamento o dalla perdita di una determinata prestazione di accoppiamento di basi (una determinata base viene sostituita da un'altra base)
mutazione frame-shift
Una o più coppie (eccetto coppie di 3 o multipli di 3) di basi vengono ridotte o aggiunte e la sequenza di basi viene completamente modificata dal punto danneggiato, formando un codice errato e tradotta in amminoacidi errati.
aberrazione cromosomica
aberrazione di tipo cromosomico
Aberrazioni cromosomiche stabili: fessure, delezioni, inversioni, duplicazioni, ecc.
Aberrazioni cromosomiche instabili: cromosomi dicentrici, frammenti acentrici, cromosomi ad anello, ecc.
aberrazione di tipo cromatidico
Euploidia e aneuploidia (poliloide e aneuploidia)
Euploidia: aumento o diminuzione dei corredi cromosomici
Aneuploidia: aggiunta o perdita di uno o più cromosomi
Meccanismo d'azione mutagena delle sostanze chimiche esogene
Mutagenesi diretta mirata al DNA
(1) Danno base
disadattamento di base
Macromolecole planari incorporate nei filamenti di DNA
sostituzione analogica di base
La struttura chimica della base viene modificata o distrutta
(2) Danno alla catena del DNA
Formazione del dimero pirimidinico
Legami idrogeno indeboliti tra i filamenti di DNA
Deformazione locale della struttura del DNA
Influisce sulla replicazione e trascrizione del DNA
mutazione
Formazione di addotti al DNA
Formazione dei legami crociati DNA-proteine
Mutagenesi indiretta che non prende di mira il DNA
(1) Inibizione del mandrino
Si lega ai dimeri di tubulina
Si lega al gruppo sulfidrilico della tubulina
Distruggi i microtubuli assemblati
Il movimento dei centrioli è bloccato
Altre funzioni
(2) Effetto sui processi enzimatici
Enzimi coinvolti nel processo di replicazione del DNA
Enzimi che agiscono nel processo di riparazione del DNA.
conseguenze mutagene
mutageni
cellule bersaglio
cellule somatiche
Effetti su individui esposti ad agenti mutageni
Tumori, invecchiamento, aterosclerosi e neonati Malformazioni, natimortalità, ritardo dello sviluppo, aborto spontaneo, ecc.
cellule germinali
Gli effetti possono essere ereditati alla generazione successiva
Influenza del corpo sulla mutagenicità
Il corpo ripara i danni al DNA
meccanismo di tolleranza al danno
meccanismo di riparazione
Riparazione del DNA
riparazione diretta
Riparazione della metilguanina O6
riparazione leggera
Riparazione dell'escissione
Riparazione per escissione di nucleotidi
riparazione dell'escissione della base
riparazione della base non corrispondente
Riparazione dopo la copia
chiedere aiuto per la riparazione
L'influenza dei fattori genetici sulla mutagenesi
Polimorfismi genetici degli enzimi metabolici
Differenze individuali nella funzione di riparazione
Metodi di base per l'osservazione degli effetti mutageni delle sostanze chimiche
Il test di mutagenicità è la capacità di determinare la mutagenicità delle sostanze chimiche rilevando endpoint genetici o rilevando fenomeni che accompagnano il processo di danno al DNA che porta a un determinato endpoint.
L'endpoint di osservazione del test di mutagenicità è chiamato endpoint genetico.
Progetto di osservazione completo
Principi di supporto delle combinazioni per i test di mutagenicità
Include più endpoint genetici
Gli organismi indicatori del test includono procarioti ed eucarioti
Compresi test in vivo e in vitro
cellule somatiche e cellule germinali
Test di mutagenicità comunemente utilizzati
Test di mutazione inversa batterica
Utilizzare ceppi mutanti auxotrofi per osservare se la sostanza in esame può farlo Correggere o compensare i cambiamenti mutazionali portati dal mutante e determinarne mutagenicità
Salmonella typhimurium, auxotropo dell'istidina
Test di mutazione inversa della Salmonella typhimurium (test di Ames)
■Microrganismo indicatore: ceppo mutante di Salmonella typhimurium carente di istidina
■Principio: Il ceppo mutante della mutagenesi artificiale ha una mutazione nell'operone dell'istidina. Il ceppo mutato deve fare affidamento sull'istidina esogena per crescere e non può sopravvivere su un mezzo senza istidina. Il mutageno può far subire una mutazione inversa al suo gene in modo che possa crescere un terreno privo di istidina e contare il numero di colonie revertanti indotte per determinare la mutagenicità della sostanza chimica.
Triptofano auxotrofico di E. coli
Saggio di mutazione genetica delle cellule di mammifero
Il test di mutazione diretta si riferisce alle mutazioni che inattivano il gene wild-type Cambiamenti negli enzimi e nelle proteine funzionali causati da mutazioni
Linee cellulari comunemente usate
Linea cellulare L5178Y del linfoma di topo
ICH adotta il test di mutazione del gene L5178Y/tk come cellula di mammifero Test di scelta per mutazioni genetiche cellulari
Linea cellulare polmonare di criceto cinese (V79).
Marcatori di mutazione comunemente usati
timidina chinasi (tk)
il mio paese elenca il test di mutazione del gene tk come alimento di valutazione e alimento salutare Uno dei metodi di prova di genotossicità di sicurezza
Ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (hprt)
Test del micronucleo (MNT)
Formazione di micronuclei: frammenti acentrici di cromosomi o cromatidi o interi cromosomi persi a causa di fibre del fuso danneggiate vengono lasciati nel citoplasma durante le ultime fasi della divisione cellulare e formano uno o più subnuclei regolari dopo la telofase, anche nel citoplasma delle cellule figlie
Test del micronucleo eritrocitario policromatico nel midollo osseo di topo
Principio: quando gli eritroblasti si trasformano in globuli rossi, il nucleo principale viene espulso. Diventano eritrociti policromatici (PCE), le cellule rimangono basofile Circa 24 ore dopo, diventano eritrociti normalmente cromatici (NCE) ed entrano nel mondo esterno. Sangue periferico. Mentre il nucleo principale viene espulso, i micronuclei possono rimanere nel citoplasma, Contando il numero di PCE con micronuclei nel midollo osseo è possibile determinare la colorazione della sostanza in esame. Danno cromosomico
Altri metodi di test del micronucleo
Test del micronucleo in vitro
Test del micronucleo del sangue periferico
Test del micronucleo bloccante la citocinesi
Colorazione con immunofluorescenza e ibridazione in situ fluorescente
Citometro a flusso e sistema di analisi delle immagini con tecnologia di rilevamento automatizzato dei micronuclei
Test di aberrazione cromosomica (CA)
La forma cromosomica delle cellule che si trovano nella fase metafase della divisione è stata osservata con un microscopio ottico. Struttura dello stato e cambiamenti numerici
Test dello scambio di cromatidi fratelli (SCE)
Lo scambio reciproco di prodotti di replicazione del DNA in loci omologhi sui cromosomi, Può essere correlato alla rottura e al ricongiungimento del DNA
Test letale dominante (DLT)
La letalità dominante si riferisce alla genetica dello sviluppo di spermatozoi o ovuli Danni che non influiscono sulla fecondazione, ma provocano l'ovulo fecondato o morte dell'embrione in via di sviluppo
La letalità dominante è principalmente il risultato del danno cromosomico (struttura, quantità)
La DLT utilizza la morte embrionale precoce come punto finale di osservazione per rilevare l'effetto delle sostanze in esame sul danno cromosomico delle cellule germinali animali.
Esporre al veleno solo animali maschi, accoppiarsi con femmine non trattate e osservare la morte embrionale.
Animali comunemente usati: topi adulti sessualmente maturi, ratti
Test di letalità latente legata al sesso della Drosophila (SLRL)
Utilizzando le caratteristiche di eredità incrociata dei geni recessivi nell'ereditarietà legata al sesso, la Drosophila melanogaster viene selezionata come animale da esperimento e la sostanza da testare viene somministrata alla mosca maschio. Se la mosca maschio ha una mutazione nel cromosoma X, viene trasmessa alla mosca femmina della generazione F1, e poi attraverso la mosca femmina della generazione F1 La mosca viene trasmessa alla mosca maschio della generazione F2, in modo che il gene recessivo situato sul cromosoma X sia espresso nella mosca maschio emizigote appaiono, ma appare la mosca maschio di tipo selvatico, ovviamente contrassegnata.
Test di sintesi del DNA non programmato (UDS)
Principio: le cellule normali eseguono la replicazione e la sintesi del DNA solo nella fase S durante la mitosi. Quando il DNA è danneggiato, la riparazione e la sintesi del DNA possono avvenire in altre fasi oltre alla normale fase di replicazione e sintesi.
La coltura sincrona blocca le cellule in fase G e blocca la normale replicazione semi-trattenuta del DNA. Le cellule vengono trattate con la sostanza in esame e coltivate in un terreno di coltura contenente H-timidina. Se la sostanza in esame provoca danni al DNA e attiva il meccanismo di riparazione del danno al DNA, la 3H-timidina nel terreno di coltura verrà incorporata nella catena del DNA e verrà misurata la radioattività del DN, che riflette indirettamente il grado di danno al DNA.
Elettroforesi su gel a cella singola (SCGE)
Metodi per rilevare il danno al DNA nelle cellule nucleate a livello di singola cellula
Principio: quando il DNA è danneggiato, i frammenti di DNA rotti migrano più velocemente dei frammenti di DNA di grandi dimensioni e dopo l'elettroforesi appare la forma di una cometa, che può essere utilizzata per determinare il danno al DNA. Più grave è il danno al DNA, più frammenti vengono generati, e più piccoli sono i frammenti, maggiore è la quantità di DNA migrato durante l'elettroforesi e maggiore è la distanza di migrazione. Al microscopio a fluorescenza si osserva la lunghezza della coda aumenta e aumenta l'intensità della densità di fluorescenza della coda Misurando la luce della parte migrata, quantificazione della densità e della lunghezza di migrazione del danno al DNA nelle singole cellule
vantaggio:
Elevata sensibilità per rilevare danni al DNA di basso livello
Meno requisiti relativi al numero di cellule del campione
Elevata adattabilità, basso costo e facilità d'uso
I test richiedono meno reagenti
Breve tempo necessario per completare il test
Test di anomalia dello sperma di topo
La maturazione degli spermatozoi e lo sviluppo morfologico sono regolati dai geni. Le mutazioni genetiche portano ad un aumento dei tassi di deformità degli spermatozoi. Esaminando i cambiamenti morfologici come le teste e le code degli spermatozoi, è possibile rilevare gli effetti mutageni delle sostanze chimiche.
Nuovi sviluppi nei metodi di osservazione
Sistema di rilevamento della mutagenicità dei topi transgenici:
Utilizzando vettori navetta per il trasferimento avanti e indietro tra procarioti ed eucarioti, animali transgenici che trasportano vettori di geni bersaglio riciclabili forniscono un sistema di rilevamento dei geni nei mammiferi per misurare i tassi di mutazione spontanei e indotti e analizzare la specificità dei tessuti e la sequenza delle mutazioni genetiche per chiarire i cambiamenti meccanismi molecolari di riparazione del DNA, genotossicità, mutazione e carcinogenesi
Tecnologia di rilevamento automatizzato del micronucleo
ibridazione in situ fluorescente
Applicazione della tecnologia di biologia molecolare nel rilevamento di mutazioni geniche
Sequenziamento del DNA
Analisi del polimorfismo della conformazione a filamento singolo tramite PCR
Chip del DNA
Test di mutagenicità su animali transgenici
Pannello di test raccomandato dall'ICH per i test di genotossicità dei prodotti farmaceutici
Test di mutazione inversa batterica
Test in vitro di aberrazione cromosomica su cellule di mammifero o test tk in vitro su linfociti di topo
Test in vivo del danno cromosomico delle cellule ematopoietiche di roditori (test di aberrazione cromosomica delle cellule del midollo osseo o test del micronucleo degli eritrociti policromatici del sangue periferico)
Alcuni problemi nei test di mutagenicità
Imposta domande di controllo
Controllo negativo: controllo in bianco o controllo con solvente Ad eccezione dell'assenza di fattori di trattamento, le altre condizioni devono essere esattamente le stesse del gruppo sperimentale.
Controllo positivo: utilizzo di una sostanza nota per produrre una reazione positiva come controllo
Sistema di attivazione del test in vitro
S9: Omogenato di fegato preparato dopo il trattamento con induttore enzimatico, 9000 g Il surnatante ottenuto mediante centrifugazione viene addizionato con opportuno tampone ed ausiliario Fattori contenenti principalmente ossidasi a funzione mista (MFO)
carenze
Cellule di mammifero: utilizzare cellule intatte coltivate in co-coltura con batteri o cellule da testare Ha una struttura cellulare completa e vari enzimi e cofattori endogeni e la sua capacità metabolica è migliore di quella di S9
Enzimi purificati e ingegneria genetica
I sistemi di attivazione in vitro non possono sostituire completamente il metabolismo dei mammiferi
Alcuni tessuti differiscono nella loro reattività alle sostanze chimiche attivanti o degradanti
Anche la normale flora del tratto digestivo partecipa all'attivazione metabolica negli animali
Le sostanze che inducono i sistemi enzimatici e le sostanze che alterano gli stati fisiologici possono alterare il metabolismo delle sostanze tossiche
L'equilibrio tra attivazione e disintossicazione in vitro è diverso da quello negli animali
Design con dosaggio più elevato
Test in vivo:
La dose massima consentita dalla solubilità della sostanza in esame o dalla via di esposizione quantità. Se la dose è tossica, non dovrebbe causare danni all'animale Morte, la crescita delle cellule bersaglio è gravemente inibita o la morfologia delle cellule bersaglio cambia dose massima tollerata che potrebbe influenzare l’osservazione
Test in vitro:
(1) Le sostanze chimiche solubili non tossiche sono 0,5 mg/ml o 0,5 mmol/L per le cellule e 0,5 mg per livello per i batteri.
(2) Le sostanze chimiche facilmente solubili e dotate di una certa tossicità dovrebbero essere ovviamente tossiche per i batteri e ridurre l'indice mitotico delle cellule di oltre il 50% o la densità delle cellule in coltura di oltre il 50%.
(3) È consentita una piccola quantità di precipitazione per sostanze chimiche scarsamente solubili
Giudizio sul risultato del test
Controllo qualità
Condizioni per determinare risultati positivi
(1) Esiste una relazione dose-risposta
(2) Uno o più gruppi di valori osservati sono significativamente diversi dal gruppo di controllo negativo
Condizioni di giudizio di esito negativo
(1) Soddisfare i requisiti di progettazione della dose più elevati
(2) Il divario tra i gruppi di dose non dovrebbe essere troppo ampio per impedire l'individuazione di sostanze in esame che hanno capacità di mutazione solo entro un intervallo molto ristretto.
La relazione tra test di mutagenicità e test di cancerogenicità
I test di mutagenicità rilevano potenziali agenti cancerogeni
Incertezze nei test di mutagenicità