DOI: 10.35411/2076-457X-2023-3-26-32
Disinfection Affairs № 3/2023, pp. 26-32

The use of molecular and genetic predictors and machine learning in assessing the toxicity of chemical substances

D.O. Karimov, T.G. Kutlina, G.F. Mukhammadiyeva, Ya.V. Valova, E.F. Repina, N.Yu. Khusnutdinova

Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology: 94 Stepana Kuvykina st., Ufa, Republic of Bashkortostan, 450106, Russian Federation.

Toxic hepatites is an important public health issue in Russia. They have diverse etiologies, including industrial toxins, drugs, and ethanol, leading to significant differences in pathogenesis at the molecular and genetic level. This study aimed to analyze genes involved in the response to toxic liver injury of different origins and to establish a model to predict the etiology of toxic hepatitis. To model acute toxic hepatitis, outbred white male rats weighing 180–200 g were used. They were divided into four groups: control group, tetrachloromethane group, paracetamol group, and ethanol group. 24 h and 72 h after toxicant administration rats were anesthetized and mRNA levels of Chek1, Gclc, Gstm1, Gstp1, Gstt1, Nfe2l2, Nqo1, and Ripk1 genes in liver homogenate were studied. Analysis of the expression of these genes showed that the expression profile varies depending on the etiology of toxic hepatitis. In tetrachloromethane poisoning, there was a marked increase in gene expression of Nqo1 (p?=?0.001), Gstm1 (p?=?0.037), and a decrease in gene expression of Nfe2l2 (p?=?0.004), Ripk1 (p?=?0.004). However, liver exposure to paracetamol and its metabolites resulted in decreased Gstm1 gene expression (p?=?0.001) and increased Nfe2l2 (p?=?0.009), Gclc (p?=?0.001), and Chek1 (p?=?0.011) gene expression. No significant changes in the expression of these genes are found in alcohol intoxication. A model was constructed to predict the etiology of toxic hepatitis on the basis of gene expression indices.
Keywords: acute toxic hepatitis, paracetamol, tetrachloromethane, ethanol, gene expression.

Authors
Karimov Denis Olegovich – PhD in Medical sciences, head of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology; Tel.: (989) 956-74-00; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.. ORCID ID: 0000-0003-0039-6757
Kutlina Tatyana Georgiyevna – junior researcher of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology. ORCID ID: 0000-0002-1236-8246
Mukhammadiyeva Guzel Fanisovna – senior researcher of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology. ORCID ID: 0000-0002-7456-4787
Valova Yana Valeryevna – junior researcher of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology. ORCID ID: 0000-0001-6605-9994
Repina Elvira Faridovna – PhD in medical sciences, senior researcher of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology. ORCID ID: 0000-0001-8798-0846
Khusnutdinova Nadezhda Yuryevna – researcher of the Department of toxicology and genetics with experimental clinic of laboratory animals, Ufa Research Institute of Occupational Health and Human Ecology. ORCID ID: 0000-0001-5596-8180

Full-text is available in Russian

стр. 26-32
DOI: 10.35411/2076-457X-2023-3-26-32

Применение молекулярно-генетических предикторов и машинного обучения в оценке токсичности химических веществ

Д.О. Каримов, Т.Г. Кутлина, Г.Ф. Мухаммадиева, Я.В. Валова, Э.Ф. Репина, Н.Ю. Хуснутдинова

ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека":450106, Республика Башкортостан, Уфа, ул. Степана Кувыкина, д. 94.

Токсические гепатиты являются важной проблемой здравоохранения в России. У них разнообразная этиология, включая промышленные токсины, лекарства и этанол, что ведёт к существенным различиям в патогенезе на молекулярно-генетическом уровне. Это исследование было направлено на анализ генов, участвующих в реакции на токсическое поражение печени разного происхождения и создание модели для прогнозирования этиологии токсического гепатита. Для моделирования острого токсического гепатита были использованы беспородные белые самцы-крысы массой 180–200 г. Они были разделены на четыре группы: контрольную группу, группу с тетрахлорметаном, группу с парацетамолом и группу с этанолом. Через 24 ч и 72 ч после введения токсиканта крысам вводили анальгетик и изучали уровни мРНК генов Chek1, Gclc, Gstm1, Gstp1, Gstt1, Nfe2l2, Nqo1, Ripk1 в гомогенате печени. Анализ экспрессии указанных генов показал, что профиль экспрессии меняется в зависимости от этиологии токсического гепатита. При тетрахлорметановом отравлении заметно повышение экспрессии генов Nqo1 (p = 0,001), Gstm1 (p = 0,037) и снижение экспрессии генов Nfe2l2 (p = 0,004), Ripk1 (p = 0,004). Однако при воздействии парацетамола и его метаболитов на печень происходит снижение экспрессии гена Gstm1 (p = 0,001) и увеличение экспрессии генов Nfe2l2 (p = 0,009), Gclc (p = 0,001), Chek1 (p = 0,011). При алкогольной интоксикации значительных изменений в экспрессии этих генов не обнаруживается. Была построена модель для предсказания этиологии токсического гепатита на основе показателей экспрессии генов.
Ключевые слова: острый токсический гепатит, парацетамол, тетрахлорметан, этанол, экспрессия генов.

Сведения об авторах
Каримов Денис Олегович – кандидат медицинских наук, заведующий отделом токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека"; служебн. тел.: (989) 956-74-00; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.. ORCID ID: 0000-0003-0039-6757
Кутлина Татьяна Георгиевна – младший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека. ORCID ID: 0000-0002-1236-8246
Мухаммадиева Гузель Фанисовна – старший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека". ORCID ID: 0000-0002-7456-4787
Валова Яна Валерьевна – младший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека". ORCID ID: 0000-0001-6605-9994
Репина Эльвира Фаридовна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека". ORCID ID: 0000-0001-8798-0846
Хуснутдинова Надежда Юрьевна – научный сотрудник отдела токсикологии и генетики с экспериментальной клиникой лабораторных животных ФБУН "Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека". ORCID ID: 0000-0001-5596-8180