Integration of sperm DNA damage assessment into OECD test guidelines for genotoxicity testing using the MutaMouse model

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dc.contributor.author

Maurice, Clotilde

O'Brien, Jason M.

Yauk, Carole L.

Marchetti, Francesco

dc.date.accessioned

2024-04-12T20:53:39Z

dc.date.available

2024-04-12T20:53:39Z

dc.date.issued

2018-08-27

dc.description - en

Health Canada supports the development, validation and improvement of test guidelines for the Organisation for the Economic Co-operation and Development (OECD), given its responsibility to assess and manage potential health risks associated with exposure to chemicals in the environment. These guidelines are routinely used for assessing chemicals for mutagenicity (changes in the sequence of the DNA) or clastogenicity (induction of breaks in the DNA). One of these guidelines (TG 488) uses genetically-modified mouse models, called transgenic rodents, that allow the detection of mutations in any tissue in the body. However, the recommended protocol in TG 488 for detecting mutations in somatic cells (non-reproductive cells) is not appropriate for detecting mutations in mature male germ cells (sperm). In the present study, Health Canada scientists used the recommended protocol in TG 488 to show that triethylenemelamine, a model compound used for chemotherapy, induced mutations in the bone marrow and micronuclei (a measure of DNA breaks) in red blood cells of transgenic rodents. At the same time, analysis of sperm from these mice using two assays that detect DNA breaks in sperm demonstrated a dose-related increase in this type of damage. These results show that assays that detect DNA breaks in sperm can be easily integrated within the standard protocol in TG 488 for somatic cells to obtain information on the ability of the tested chemical to affect germ cells. This work contributes to reducing the number of laboratory animals that are used for research purposes by developing an approach for the comprehensive evaluation of the mutagenicity and clastogenicity of environmental chemicals in somatic cells and germ cells to impact their risk assessment and guide subsequent regulatory decisions.

dc.description.abstract - en

The Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) endorses test guidelines (TG) for identifying chemicals that are genotoxic, such as the transgenic rodent gene mutation assay (TG 488). Current OECD TG do not include assays for sperm DNA damage resulting in a critical testing gap. We evaluated the performance of the Sperm Chromatin Structure Assay (SCSA) and the Terminal Deoxynucleotidyl Transferase-Mediated Deoxyuridine Triphosphate Nick end Labeling (TUNEL) assay to detect sperm DNA damage within the recommended TG 488 protocol. MutaMouse males received 0, 0.5, 1, or 2 mg/kg/day triethylenemelamine (TEM), a multifunctional alkylating agent, for 28 days orally and tissues were collected two (blood) and three (sperm and bone marrow) days later. TEM significantly increased the frequency of lacZ mutants in bone marrow, and of micronuclei (MN) in both reticulocytes (%MN-RET) and normochromatic erythrocytes (%MN-NCE) in a dose-dependent manner (P < 0.05). The percentage of DNA fragmentation index (%DFI) and %TUNEL positive cells demonstrated dose-related increases in sperm (P < 0.05), and the two assay results were strongly correlated (R = 0.9298). Within the same animal, a good correlation was observed between %MN-NCE and %DFI (R = 0.7189). Finally, benchmark dose modelling (BMD) showed comparable BMD10 values among the somatic and germ cell assays. Our results suggest that sperm DNA damage assays can be easily integrated into standard OECD designs investigating genotoxicity in somatic tissues to provide key information on whether a chemical is genotoxic in germ cells and impact its risk assessment.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

L'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) approuve les lignes directrices en matière d'essais (TG) pour identifier les produits chimiques génotoxiques, comme le test de mutation génétique des rongeurs transgéniques (TG 488). Les lignes directrices actuelles de l'OCDE n'incluent pas de tests pour détecter les dommages causés à l'ADN des spermatozoïdes, ce qui entraîne une lacune critique en matière de tests. Nous avons évalué les performances du test de structure de la chromatine des spermatozoïdes (SCSA) et du test de marquage des extrémités de la désoxyuridine triphosphate de désoxyuridine triphosphate terminale (TUNEL) pour détecter les dommages à l'ADN des spermatozoïdes dans le cadre du protocole TG 488 recommandé. Les mâles MutaMouse ont reçu 0, 0,5, 1 ou 2 mg/kg/jour de triéthylènemélamine (TEM), un agent alkylant multifonctionnel, pendant 28 jours par voie orale et les tissus ont été collectés deux (sang) et trois (sperme et moelle osseuse) jours plus tard. TEM a significativement augmenté la fréquence des mutants lacZ dans la moelle osseuse et des micronoyaux (MN) dans les réticulocytes (%MN-RET) et les érythrocytes normochromatiques (%MN-NCE) de manière dose-dépendante (P <0,05). Le pourcentage d'indice de fragmentation de l'ADN (% DFI) et le% de cellules positives TUNEL ont démontré une augmentation du sperme liée à la dose ( P <0, 05), et les résultats des deux tests étaient fortement corrélés ( R = 0, 9298). Au sein d'un même animal, une bonne corrélation a été observée entre %MN-NCE et %DFI (R=0,7189). Enfin, la modélisation de dose de référence (BMD) a montré des valeurs de DMO10 comparables parmi les tests sur cellules somatiques et germinales. Nos résultats suggèrent que les tests de dommages à l'ADN des spermatozoïdes peuvent être facilement intégrés dans les conceptions standard de l'OCDE étudiant la génotoxicité dans les tissus somatiques afin de fournir des informations clés sur la génotoxicité d'un produit chimique dans les cellules germinales et d'avoir un impact sur son évaluation des risques.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada appuie l'élaboration, la validation et l'amélioration des lignes directrices en matière d'essais pour l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), compte tenu de sa responsabilité d'évaluer et de gérer les risques potentiels pour la santé associés à l'exposition à des produits chimiques présents dans l'environnement. Ces lignes directrices sont couramment utilisées pour évaluer les produits chimiques en termes de mutagénicité (modifications dans la séquence de l'ADN) ou de clastogénicité (induction de cassures dans l'ADN). L'une de ces lignes directrices (TG 488) utilise des modèles de souris génétiquement modifiés, appelés rongeurs transgéniques, qui permettent la détection de mutations dans n'importe quel tissu du corps. Cependant, le protocole recommandé dans la TG 488 pour détecter les mutations dans les cellules somatiques (cellules non reproductrices) n'est pas approprié pour détecter les mutations dans les cellules germinales mâles matures (spermatozoïdes). Dans la présente étude, les scientifiques de Santé Canada ont utilisé le protocole recommandé dans la LD 488 pour montrer que la triéthylènemélamine, un composé modèle utilisé pour la chimiothérapie, induisait des mutations dans la moelle osseuse et les micronoyaux (une mesure des cassures de l'ADN) dans les globules rouges de rongeurs transgéniques. Dans le même temps, l’analyse du sperme de ces souris à l’aide de deux tests détectant les cassures de l’ADN dans les spermatozoïdes a démontré une augmentation de ce type de dommages liée à la dose. Ces résultats montrent que les tests qui détectent les cassures de l'ADN dans les spermatozoïdes peuvent être facilement intégrés au protocole standard du TG 488 pour les cellules somatiques afin d'obtenir des informations sur la capacité du produit chimique testé à affecter les cellules germinales. Ce travail contribue à réduire le nombre d'animaux de laboratoire utilisés à des fins de recherche en développant une approche d'évaluation complète de la mutagénicité et de la clastogénicité des produits chimiques environnementaux dans les cellules somatiques et germinales afin d'avoir un impact sur leur évaluation des risques et d'orienter les décisions réglementaires ultérieures.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.taap.2018.08.021

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2322

dc.language.iso

en

dc.publisher

Elsevier

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

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Integration of sperm DNA damage assessment into OECD test guidelines for genotoxicity testing using the MutaMouse model

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Article

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