Фрагменты окисленной внеклеточной ДНК влияют на развитие окислительного стресса в мононуклеарах периферической крови in vitro пациентов с детским аутизмом

Актуальность: этиология и патогенез детского аутизма (ДА) — одна из важных нерешенных проблем детской психиатрии. Ранее было показано, что концентрация внеклеточной ДНК (вкДНК) в крови значимо повышается у детей, страдающих ДА, причем в наибольшей степени у пациентов с тяжелой формой течения ДА. В этих случаях также значимо выше содержание маркера окисленной ДНК 8-OHdG (8-оксогуанозин) в образцах внеклеточной и ядерной ДНК и маркера двунитевых разрывов γH2AX (фосфорилированная форма гистонового белка Х из семейства H2A). 
Цель: изучить влияние фрагментов окисленной вкДНК на образование свободных радикалов, окисление и разрывы ядерной ДНК in vitro в мононуклеарах периферической крови пациентов с диагнозом ДА. 
Пациенты и методы: в исследование включены 13 пациентов с диагнозом F84.02 по МКБ-10 и 10 условно здоровых детей в качестве группы сравнения. Используемые методы: клинико-психопатологический, молекулярно-биологический, статистический. 
Результаты: окисленные модельные фрагменты ДНК воздействуют на мононуклеары периферической крови детей с ДА и условно здоровых доноров по-разному. В мононуклеарах условно здоровых доноров в ответ на воздействие фрагментов окисленной ДНК повышаются уровни активных форм кислорода (АФК) (р < 0,05), окисления ДНК (р < 0,05) и поврежденности хромосом (р < 0,05), но в течение следующих 24 ч эти показатели возвращаются к прежнему уровню. При этом в мононуклеарах детей с ДА уровни АФК, окисления ДНК и поврежденности хромосом тоже повышаются, но последующее понижение происходит медленнее, и эти показатели не возвращаются к прежним значениям. 
Заключение: на основании полученных результатов можно выдвинуть гипотезу об участии фрагментов окисленной внеклеточной ДНК в патогенезе ДА.

1. Симашкова НВ, Коваль-Зайцев АА, Иванов МВ, Никитина СГ. Диагностические, клинико-психопатологические, патопсихологические аспекты обследования детей с расстройствами аутистического спектра. Психиатрия. 2021;19(1):45–53. doi: 10.30629/2618-6667-2021-19-1-45-53 Simashkova NV, Koval-Zaitsev AA, Ivanov MV, Nikitina SG. Diagnostic, clinical, psychopathological, psychological aspects of the examination of children with autism spectrum disorders. Psychiatry (Moscow) (Psikhiatriya). 2021;19(1):45–53. (In Russ.). doi: 10.30629/2618-6667-2021-19-1-45-53

2. Симашкова НВ, Клюшник ТП. Расстройства аутистического спектра. ГЭОТАР-Медиа. 2016:292. Simashkova NV, Klyushnik TP. Autism Spectrum Disorders. GEOTAR-Media. 2016:292. (In Russ.).

3. Maenner MJ, Warren Z, Williams AR, Amoakohene E, Bakian AV, Bilder DA, Durkin MS, Fitzgerald RT, Furnier SM, Hughes MM, Ladd-Acosta CM, McArthur D, Pas ET, Salinas A, Vehorn A, Williams S, Esler A, Grzybowski A, Hall-Lande J, Nguyen RHN, Pierce K, Zahorodny W, Hudson A, Hallas L, Mancilla KC, Patrick M, Shenouda J, Sidwell K, DiRienzo M, Gutierrez J, Spivey MH, Lopez M, Pettygrove S, Schwenk YD, Washington A, Shaw KA. Prevalence and Characteristics of Autism Spectrum Disorder Among Children Aged 8 Years — Autism and Developmental Disabilities Monitoring Network, 11 Sites, United States, 2012. Centers for Disease Control and Prevention (CDC). MMWR. Surveill. Summ. 2016;65(3):1–23. doi: 10.15585/mmwr.ss6513a1 PMID: 30439868 PMCID: PMC6237390.

4. Ng M, de Montigny JG, Ofner M, Do MT. Environmental factors associated with autism spectrum disorder: a scoping review for the years 2003–2013. Heal. Promot. chronic Dis. Prev. Canada Res. 2017;37(1):1–23. doi: 10.24095/hpcdp.37.1.01 PMID: 28102992 PMCID: PMC5480297

5. Porokhovnik LN, Pisarev VM, Chumachenko AG, Chudakova JM, Ershova ES, Veiko NN, Gorbachevskaya NL, Mamokhina UA, Sorokin AB, Basova AYa, Lapshin MS, Izhevskaya VL, Kostyuk SV. Association of NEF2L2 Rs35652124 Polymorphism with Nrf2 Induction and Genotoxic Stress Biomarkers in Autism. Genes (Basel). 2023;14(3):718. doi: 10.3390/genes14030718

6. Hodges H, Fealko C, Soares N. Autism spectrum disorder: definition, epidemiology, causes, and clinical evaluation. Transl Pediatr. 2020;9(S1):S55– S65. doi: 10.21037/tp.2019.09.09 PMID: 32206584. PMCID: PMC7082249.

7. Hallmayer J, Cleveland S, Torres A, Phillips J, Cohen B, Torigoe T, Miller J, Fedele A, Collins J, Smith K, Lotspeich L, Croen LA, Ozonoff S, Lajonchere C, Grether JK, Risch N. Genetic heritability and shared environmental factors among twin pairs with autism. Arch Gen Psychiatry. 2011;68(11):1095–102. doi: 10.1001/archgenpsychiatry.2011.76 PMID: 21727249. PMCID: PMC4440679.

8. Frustaci A, Neri M, Cesario A, Adams JB, Domenici E, Dalla BB, Bonassi S. Oxidative stress-related biomarkers in autism: Systematic review and meta-analyses. Free Radic Biol Med. 2012;52(10):2128–2141. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2012.03.011 PMID: 22542447

9. Yoon SH, Choi J, Lee WJ, Do JT. Genetic and Epigenetic Etiology Underlying Autism Spectrum Disorder. J Clin Med. 2020;9(4):966. doi: 10.3390/jcm9040966 PMID: 32244359 PMCID: PMC7230567

10. Pangrazzi L, Balasco L, Bozzi Y. Oxidative Stress and Immune System Dysfunction in Autism Spectrum Disorders. Int J Mol Sci. 2020;21(9):1–14. doi: 10.3390/ijms21093293 PMID: 32384730 PMCID: PMC7247582

11. Shmarina GV, Ershova ES, Simashkova NV, Nikitina SG, Chudakova JM, Veiko NN, Porokhovnik LN, Basova AY, Shaposhnikova AF, Pukhalskaya DA, Pisarev VM, Korovina NJ, Gorbachevskaya NL, Dolgikh OA, Bogush M, Kutsev SI, Kostyuk SV. Oxidized cell-free DNA as a stress-signaling factor activating the chronic inflammatory process in patients with autism spectrum disorders. J Neuroinflammation. 2020;17(1):212. doi: 10.1186/s12974-020-01881-7 PMID: 32677958; PMCID: PMC7364812.

12. Chauhan A, Chauhan V. Oxidative stress in autism. Pathophysiology. 2006;13(3):171–181. doi: 10.1016/j.pathophys.2006.05.007 PMID: 16766163.

13. Koga M, Serritella AV, Sawa A, Sedlak TW. Implications for reactive oxygen species in schizophrenia pathogenesis. Schizophr Res. 2016;176(1):52–71. doi: 10.1016/j.schres.2015.06.022 Epub 2015 Nov 15. PMID: 26589391.

14. Никитина СГ, Ершова ЕС, Чудакова ЮМ, Шмарина ГВ, Вейко НН, Мартынов АВ, Костюк СЭ, Модестов АА, Рожнова ТМ, Ижевская ВЛ, Костюк СВ, Симашкова НВ. Окислительные повреждения ДНК клеток периферической крови и внеклеточной ДНК плазмы крови как показатель тяжести окислительного стресса при расстройствах аутистического спектра и шизофрении у детей. Психиатрия. 2021;19(4):15– 25. doi: 10.30629/2618-6667-2021-19-4-15-25 Nikitina SG, Ershova ES, Chudakova JM, Shmarina GV, Veiko NN, Martynov AV, Kostyuk SE, Modestov AА, Rozhnova TM, Izhevskaya VL, Kostuk SV, Simashkova NV. Oxidative DNA Damage of Peripheral Blood Cells and Blood Plasma Сell-Free DNA as an Indicator of the Oxidative Stress Level in Children with Autism Spectrum Disorders and Schizophrenia. Psychiatry (Moscow) (Psikhiatriya). 2021;19(4):15–25. (In Russ.). doi: 10.30629/2618-6667-2021-19-4-15-25

15. Kostyuk SV, Porokhovnik LN, Ershova ES, Malinovskaya EM, Konkova MS, Kameneva LV, Dolgikh OA, Veiko VP, Pisarev VM, Martynov AV, Sergeeva VA, Kaliyanov AA, Filev AD, Chudakova JM, Abramova MS, Kutsev SI, Izhevskaya VL, Veiko NN. Changes of KEAP1/NRF2 and IKB/NF-κB Expression Levels Induced by Cell-Free DNA in Different Cell Types. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2018;2018(1052413). doi: 10.1155/2018/1052413

16. Lo YM, Rainer TH, Chan LY, Hjelm NM, Cocks R. Plasma DNA as a prognostic marker in trauma patients. Clin Chem. 2000;46(3):319–323. PMID: 10702517.

17. Ngan RK, Yip TT, Cheng WW, Chan JK, Cho WC, Ma VW, Wan KK, Au SK, Law CK, Lau WH. Circulating Epstein–Barr virus DNA in serum of patients with lymphoepithelioma-like carcinoma of the lung: a potential surrogate marker for monitoring disease. Clin Cancer Res. 2002;8(4):986–994. PMID: 11948104.

18. Jiang W, Lederman MM, Hunt P, Sieg SF, Haley K, Rodriguez B, Landay A, Martin J, Sinclair E, Asher AI, Deeks SG, Douek DC, Brenchley JM. Plasma levels of bacterial DNA correlate with immune activation and the magnitude of immune restoration in persons with antiretroviral-treated HIV infection. J Infect Dis. 2009;199(8):1177–1185. doi: 10.1086/597476 PMID: 19265479. PMCID: PMC2728622.

19. El-Ansary A, Cannell JJ, Bjørklund G, Bhat RS, Al Dbass AM, Alfawaz HA, Chirumbolo S, Al-Ayadhi L. In the search for reliable biomarkers for the early diagnosis of autism spectrum disorder: the role of vitamin D. Metab Brain Dis. 2018;33:917–931. doi: 10.1007/s11011-018-0199-1. PMID: 29497932.

20. Filev AD, Shmarina GV, Ershova ES, Veiko NN, Martynov AV, Borzikova MA, Poletkina AA, Dolgikh OA, Veiko VP, Bekker AA, Chirkov AV, Volynshchikov ZN, Deviataikina AS, Shashin DM, Puretskiy VK, Tabakov VJ, Izhevskaya VL, Kutsev SI, Kostyuk SV, Umriukhin PE. Oxidized Cell-Free DNA Role in the Antioxidant Defense Mechanisms under Stress. Oxid Med Cell Longev. 2019;2019(1245749):1. doi: 10.1155/2019/1245749

21. Black CN, Bot M, Scheffer PG, Cuijpers P, Penninx BW. Is depression associated with increased oxidative stress? A systematic review and meta-analysis. Psychoneuroendocrinology. 2015;51:164–175. doi: 10.1016/j.psyneuen.2014.09.025 PMID: 25462890.

22. Sergeeva VA, Ershova ES, Veiko NN, Malinovskaya EM, Kalyanov AA, Kameneva LV, Stukalov SV, Dolgikh OA, Konkova MS, Ermakov AV, Veiko VP, Izhevskaya VL, Kutsev SI, Kostyuk SV. Low-Dose Ionizing Radiation Affects Mesenchymal Stem Cells via Extracellular Oxidized Cell-Free DNA: A Possible Mediator of Bystander Effect and Adaptive Response. Oxid Med Cell Longev. 2017;2017:9515809. doi: 10.1155/2017/9515809 Epub 2017 Aug 22.

23. Pavlushina SV, Orlova TG, Tabagari DZ. Isolation of mononuclear cells from the bone marrow of patients with hemoblastoses using one-step ficoll-verographin density gradient separation. Eksp Onkol. 1984;6(2):68–70. PMID: 6595113.

24. Kostyuk SV, Tabakov VJ, Chestkov VV, Konkova MS, Glebova KV, Baydakova GV, Ershova ES, Izhevskaya VL, Baranova A, Veiko NN. Oxidized DNA induces an adaptive response in human fibroblasts. Mutat Res Mol Mech Mutagen. 2013;747–748:6–18. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2013.04.007 PMID: 23644378

25. Jacobs KM, Misri S, Meyer B, Raj S, Zobel CL, Sleckman BP, Hallahan DE, Sharma GG. Unique epigenetic influence of H2AX phosphorylation and H3K56 acetylation on normal stem cell radioresponses. Mol Biol Cell. 2016;27(8):1332–1345. doi: 10.1091/mbc. E16-01-0017 PMID: 26941327 PMCID: PMC4831886.

26. LeBel CP, Ischiropoulos H, Bondy SC. Evaluation of the probe 2’,7’-dichlorofluorescin as an indicator of reactive oxygen species formation and oxidative stress. Chem Res Toxicol. 1992;5(2):227–231. doi: 10.1021/tx00026a012 PMID: 1322737.

27. Chestkov IV, Jestkova EM, Ershova ES, Golimbet VG, Lezheiko TV, Kolesina NY, Dolgikh OA, Izhevskaya VL, Kostyuk GP, Kutsev SI, Veiko NN, Kostyuk SV. ROS-Induced DNA Damage Associates with Abundance of Mitochondrial DNA in White Blood Cells of the Untreated Schizophrenic Patients. Oxid Med Cell Longev. 2018;2018:8587475. doi: 10.1155/2018/8587475 PMID: 29682166. PMCID: PMC5845523.

28. Melamud MM, Buneva VN, Ermakov EA. Circulating Cell-Free DNA Levels in Psychiatric Diseases: A Systematic Review and Meta-Analysis. Int J Mol Sci. 2023;24:3402. doi: 10.3390/ijms24043402 PMID: 36834811 PMCID: PMC9963116.