The State of the Genome during Intrauterine Irradiation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The widespread use of sources of ionizing radiation for diagnostic and therapeutic purposes dictates the need to study the effect of intrauterine exposure on health. The search for literature sources was carried out using the MEDLINE databases in the PubMed, CyberLeninka, elibrary.ru search engine using the key words: intrauterine exposure, gene, genome, genomic instability, cytogenetics, mutations, chromosomal aberrations, gene expression. The review uses full-text literature sources in Russian and English. The literature search ended in November 2021. The paper presents a review of the literature on the state of the genome during intrauterine irradiation. The paper presents a review of the literature on the state of the genome during intrauterine irradiation. The results of a study of persons exposed to intrauterine exposure during the atomic bombing in Japan, during medical and diagnostic procedures, as well as data obtained in experimental studies on animals indicate that the main radiation-induced effects of intrauterine exposure were early death of the embryo/fetus, congenital malformations, growth and intellectual development retardation with a threshold of at least 100 mGy. Genetic disorders have been studied both in animal experiments and in individuals exposed to intrauterine exposure as a result of the bombing of Hiroshima and Nagasaki in Japan, the accident at the Chernobyl nuclear power plant, in the offspring of parents exposed to occupational exposure, as well as in medical and man-made exposure. It was shown that changes in the genome depended on the type, dose, irradiation power and the phase of intrauterine development. Most aberrations of a stable type were represented by deletions and translocations. Unstable aberrations were also detected: paired fragments, centromeric breaks, dicentrics, rings.

About the authors

O. A. Sinelshchikova

Southern Urals Biophysics Institute

Email: clinic@subi.su
Ozyorsk, Russia

References

  1. ICRP. Pregnancy and Medical Radiation. ICRP Publication 84. Ann ICRP. 2000;30;1:1–43.
  2. UNSCEAR 2006 Report. Effects of Ionizing Radiation. V.2. New York, United Nations, 2009. 334 p.
  3. ICRP Publication 118. ICRP Statement on Tissue Reactions and Early and Late Effects of Radiation in Normal Tissues and Organs – Threshold Doses for Tissue Reactions in a Radiation Protection Context. Ann ICRP. 2012;41;1–2:1–332. doi: 10.1016/j.icrp.2012.02.001.
  4. Biological Effects of Prenatal Radiation. Materials of the UN Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Thirty-Fourth Session of UNSCEAR. Vena, UNSCEAR, 1985. 161–182 p.
  5. Sivochalova O.V., Radionova G.K. Medical and Ecological Aspects of the Problem of Reproductive Health Protection of Workers in Russia. Meditsina Truda i Promyshlennaya Ekologiya = Russian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology. 1999;3:1–5. (In Russ.).
  6. Wakeford R., Little M.P. Risk Coefficients for Childhood Cancer after Intrauterine Irradiation: a Review. Int. J. Radiat. Biol. 2003;79;5:293–309. doi: 10.1080/0955300031000114729.
  7. Okladnikova N.D. Study of Chromosomes in Leukocytes of Peripheral Blood Culture of Adolescents Exposed to Irradiation During the Antenatal Period of Development. Byulleten Radiacionnoy Mediciny. 1972;2:86–91 (In Russ.).
  8. Okladnikova N.D., Burak L.Ye., Patrusheva N.V. The State of the Chromosomal Apparatus of Peripheral Blood Lymphocytes of the Grandchildren of Workers Exposed to Occupational Radiation Exposure. Byulleten Radiacionnoy Mediciny. 1989;3:101–107 (In Russ.).
  9. Burak L.Ye., Okladnikova N.D., Petrushkina N.P., Musatkova O.B. Frequency of Chromosomal Aberrations in Peripheral Blood Lymphocytes of Grandchildren of Persons Exposed to Occupational Radiation Exposure. Meditsinskaya Radiologiya. 1993;38;8:19–20 (In Russ.).
  10. Okladnikova N.D., Burak L.Ye., Dudchenko N.N.. Cytogenetic Characteristics of Somatic Cells in the First Generation of Irradiated People. Voprosy Radiatsionnoy Bezopasnosti = Journal of Radiation Safety Issues 2005;1:45–48 (In Russ.).
  11. Yarmonenko S.P. Radiobiologiya Cheloveka i Zhivotnykh = Radiobiology of Humans and Animals. Moscow Publ., 1988. 375 р. (In Russ.).
  12. Radiatsionnaya Meditsina = Radiation Medicine. Ed. Ilin L.A. Moscow Publ., 2004. 992 р. (In Russ.).
  13. Upton A.C. Historical Perspectives on Radiation Carcinogenesis // Radiation Carcinogenesis. Ed. Upton A.C., Albert R.E., Burns F.J., Shire R.E. New York, NY, Elsevier, 1986. P. 1–10.
  14. Little J.B. Radiation Induced Genomic Instability. Int. J. Radiat. Biol. 1998;74;6:663–671. doi: 10.1080/095530098140925.
  15. Kozlowski R., Bouffler S.D., Haines J.W., Harrison J.D., Cox R. In Utero Haemopoietic Sensitivity to Alpha, Beta or X–Irradiation in CBA/H mice. Int. J. Radiat. Biol. 2001;77;7:805–815. doi: 10.1080/09553000110053161.
  16. Nakano M., Kodama Y., Ohtaki K., Nakashima E., Niwa O., Toyoshima M., Nakamura N. Chromosome Aberrations do not Persist in the Lymphocytes or Bone Marrow Cells of Mice Irradiated in Utero or Soon after Birth Source. Int. J. Radiation Research. 2007;167;6:693–702. doi: 10.1667/RR0718.1.
  17. Rönnbäck C. Dominant and Recessive Effects of Induced-Lethals in Female Mice by Exposure to Gamma-Irradiation During the 10th to 14th Day of Intrauterine Life. Int. J. Mutat Res. 1978;49;1:61–70. doi: 10.1016/0027-5107(78)90078-7.
  18. Derradji H., Bekaert S., De Meyer T., Jacquet P., El-Ardat K. A., Ghardi M., Arlette M., Baatout S. Ionizing Radiation-Induced Gene Modulations, Cytokine Content Changes and Telomere Shortening in Mouse Fetuses Exhibiting Forelimb Defects. Int. J. Developmental Biology. 2008;322;2:302–313. doi: 10.1016/j.ydbio.2008.07.032.
  19. Weissenborn U., Streffer C. Analysis of Structural and Numerical Chromosomal Anomalies at the First, Second, and Third Mitosis after Irradiation of One-Cell Mouse Embryos with X-Rays or Neutrons. Int. J. Radiat. Biol. 1988;54;3:381–394. doi: 10.1080/09553008814551771.
  20. Streffer C. Chromosomal Damage in Preimplantation Mouse Embryos and Its Development Through the Cell Cycle. Int. J. Mutat. Res. 1993;299;3-4:313–315. doi: 10.1016/0165-1218(93)90108-p.
  21. Wright E.G. Inherited and Inducible Chromosomal Instability: A Fragile Bridge Between Genome Integrity Mechanisms and Tumorigenesis. Int. J. Pathol. 1999;187;1:19–27. doi: 10.1002/(SICI)1096-9896(199901)187:1<19::AID-PATH233>3.0.CO;2-1.
  22. Hamasaki К., Landes R.D., Noda A., Nakamura N., Kodama Y. Irradiation at Different Fetal Stages Results in Different Translocation Frequencies in Adult Mouse Thyroid Cells. Int. J. Radiation Research. 2016;186;4:360–366. doi: 10.1667/RR14385.1.
  23. Neumeister K., Wasser S. Clinical Data for Radiation Embryology. Investigation Programme 1967, Report 1984. Int. J. Radiat Environ Biophys. 1985;24;3:227–237. doi: 10.1007/BF01209526.
  24. Gustavson K.H., Jagell S., Blomquist H.K., Nordenson I. Microcephaly, Mental Retardation and Chromosomal Aberrations in a Girl FollowingRadiation Therapy During Late Fetal Life. Int. J. Acta Radiologica: Oncology. 1981;20;3:209–212. doi: 10.3109/02841868109130197.
  25. Kucerova M. Long-Term Cytogenetic and Clinical Control of a Child Following Intraurine Irradiation. Acta Radiol. Therap. Phys. Biol. 1970;9;4:353–361. doi: 10.3109/02841867009129111.
  26. Kucerova M. Chromosome Analysis of an Infant after Intrauterine Irradiation. Acta Radiol. 1967;6;5:410–413.
  27. Neumeister K., Wasser S. Findings in Children after Radiation Exposure in Utero from X-Ray Examination of Mothers: Results from Children Studied after One to Ten Years. In: Effects of Prenatal Irradiation with Special Emphasis on Late Effects. CEC Report 8067-EN. Brussels, Commission of the European Communities, 1984.
  28. Bloom A.D., Neriishi S., Archer P.G. Cytogenetic of the in-Utero Exposed of Hiroshima and Nagasaki. Lancet. 1968;2;7558:10–12. doi: 10.1016/s0140-6736(68)92887-0.
  29. Miller R.W. Delayed Radiation Effects in Atomic-Bomb Survivors. Major Observations by the Atomic Bomb Casualty Commission are Evaluated. Science. 1969;166;3905:569-574. doi: 10.1126/science.166.3905.569.
  30. Ohtaki K., Sposto R., Kodama Y., Nakano M., Awa A.A. Aneuploidy in Somatic Cells of in Utero Exposed A-Bomb Survivors in Hiroshima. Mutation Research. 1994;316;1:49–58. doi: 10.1016/0921-8734(94)90007-8.
  31. Mihaylova G.F. Comparative Analysis of Unstable and Stable Chromosomal Aberrations in Groups of Persons Irradiated in Utero During the Chernobyl Accident at Different Periods of Prenatal Development. Radiatsiya i Risk = Radiation and Risk. 2006;15;3–4:157–163 (In Russ.).
  32. Stepanova Ye.I., Vdovenko V.Yu., Misharina Zh.A., Kolos V.I., Mischenko L.P. Genetic Effects in Children Exposed in Prenatal Period to Ionizing Radiation after the Chernobyl Nuclear Power Plant. Exp. Oncol. 2016;38;4:272–275.
  33. Suskov I.I., Kuzmina N.S., Suskova V.S., Baleva L.S., Sipyagina A.Ye. The Problem of Induced Genomic Instability as the Basis of Increased Morbidity in Children Exposed to Low-Intensity Radiation in Low Doses. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2006;46;2:167–177 (In Russ.).
  34. Kuzmina N.S., Suskov I.I. Expression of Genomic Instability in lymphocytes of Children Living Under Conditions of Prolonged Exposure to Radiation Factors. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2002;42;6:735–739 (In Russ.).
  35. Stepanova Ye.I., Vdovenko V.Yu., Misharina Zh.A. Postnatal Effects in Children Exposed During Intrauterine Development as a Result of an Accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2007;47;5:523–529 (In Russ.).
  36. Baleva L.S., Sipyagina A.Ye., Karakhan N.M., Yegorova N.I Biomedical Monitoring of the Health Status of Generations of the Population from the Regions of Radionuclide Contamination. Ekologicheskaya, Promyshlennaya i Energeticheskaya Bezopasnost – 2019 = Environmental, Industrial and Energy Security – 2019. Materials of the International Scientific and Practical Conference September 23 - 26, 2019. Sevastopol Publ., 2019. 215–221 (In Russ.).
  37. Stepanov Ye.I., Misharina Zh.A., Vdovenko V.Yu. Long-Term Cytogenetic Effects in Children Irradiated in Utero as a Result of the Accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant. Radiatsionnaya Biologiya. Radioekologiya = Radiation Biology. Radioecology. 2002;46;6:700–703 (In Russ.).
  38. Kiseleva Ye.V., Vozilova A.V. Influence of Chronic Irradiation on Cases of Unstable Chromosomal Aberrations in the Population of the Villages of the Techa Rivers. Aktualnyye Voprosy Fundamentalnoy i Klinicheskoy Meditsiny = Actual Issues of Fundamental and Clinical Medicine. Proceedings of the Young Scientists Congress, May 24–25, 2018. Tomsk Publ., 2018. 101–102 (In Russ.).
  39. Akhmadullina Yu.R., Vozilova A.V., Akleyev A.V. Investigation of DNA Damage in Peripheral Blood Lymphocytes by the Micronucleus Test in Residents of Coastal Villages of the Techa River Exposed to Chronic Irradiation in Utero and Postnatally. Genetika = Russian Journal of Genetics. 2020;56;4:463–470. (In Russ.).
  40. Liu Q.J., Lu X., Zhao H., Chen S., Wang M.M., Bai Y., Zhang S.L., Feng J.B., Zhang Z.H., Chen D.Q., Ma L.W., Jia T.Z., Liang L. Cytogenetic Analysis in 16-Year Follow-up Study of a Mother and Fetus Exposed in a Radiation Accident in Xinzhou, China. Mutat Res. 2013;755;1:68–72. doi: 10.1016/j.mrgentox.2013.05.015.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».