Integrated In Vivo Genotoxicity Assessment of Procarbazine Hydrochloride Demonstrates Induction of Pig-a and LacZ Mutations, and Micronuclei, in MutaMouse Hematopoietic Cells

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dc.contributor.author

Maurice, Clotilde

Dertinger, Stephen D.

Yauk, Carole L.

Marchetti, Francesco

dc.date.accessioned

2024-03-28T20:30:47Z

dc.date.available

2024-03-28T20:30:47Z

dc.date.issued

2018-12-28

dc.description - en

Health Canada is responsible for evaluating the hazards posed by new and existing chemicals, including assessment of a chemical’s ability to damage genetic material (i.e., genotoxicity). Genetic damage can manifest as abnormalities in chromosome integrity (i.e., clastogenicity) or changes in the DNA sequence (i.e., mutations), both of which are enablers of cancer, as well as other types of disease. Health Canada also supports the development and validation of test guidelines for the Organisation for the Economic Co-operation and Development (OECD) that are routinely used for assessing chemicals for genotoxicity. In this study, Health Canada scientists together with scientists from a US biotechnology company (Litron Laboratories) have used procarbazine, a prototypical chemotherapeutic agent, to demonstrate the feasibility of integrating multiple endpoints of genotoxicity within the same experimental design, thereby reducing the number of laboratory animals used for testing. The results showed that procarbazine was a strong inducer of both clastogenicity and mutagenicity in the mouse hematopoietic cells (all types of blood cells). Furthermore, the study showed that the two mutagenic assays that were employed (the lacZ assay with an established OECD test guideline, and the Pig-a assay with an OECD test guideline in development) produced similar results indicating that both assays are effective at detecting the mutagenic activity of chemicals. Overall, these results provide an example of how multiple endpoints of genotoxicity can be integrated into a single study design to obtain a comprehensive understanding of the mechanism by which chemicals can damage the genetic material and provide support data for the development on an OECD test guideline for the Pig-a assay.

dc.description.abstract - en

Procarbazine hydrochloride (PCH) is a DNA-reactive hematopoietic carcinogen with potent and well-characterized clastogenic activity. However, there is a paucity of in vivo mutagenesis data for PCH, and in vitro assays often fail to detect the genotoxic effects of PCH due to the complexity of its metabolic activation. We comprehensively evaluated the in vivo genotoxicity of PCH on hematopoietic cells of male MutaMouse transgenic rodents using a study design that facilitated assessments of micronuclei and Pig-a mutation in circulating erythrocytes, and lacZ mutant frequencies in bone marrow. Mice were orally exposed to PCH (0, 6.25, 12.5, and 25 mg/kg/day) for 28 consecutive days. Blood samples collected 2 days after cessation of treatment exhibited significant dose-related induction of micronuclei in both immature and mature erythrocytes. Bone marrow and blood collected 3 and 70 days after cessation of treatment also showed significantly elevated mutant frequencies in both the lacZ and Pig-a assays even at the lowest dose tested. PCH-induced lacZ and Pig-a (immature and mature erythrocytes) mutant frequencies were highly correlated, with R2 values ≥0.956, with the exception of lacZ vs. Pig-a mutants in mature erythrocytes at the 70-day time point (R2 = 0.902). These results show that PCH is genotoxic in vivo and demonstrate that the complex metabolism and resulting genotoxicity of PCH is best evaluated in intact animal models. Our results further support the concept that multiple biomarkers of genotoxicity, especially hematopoietic cell genotoxicity, can be readily combined into one study provided that adequate attention is given to manifestation times.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

Le chlorhydrate de procarbazine (PCH) est un cancérigène hématopoïétique réactif à l'ADN avec une activité clastogène puissante et bien caractérisée. Cependant, il existe peu de données sur la mutagenèse in vivo du PCH, et les tests in vitro ne parviennent souvent pas à détecter les effets génotoxiques du PCH en raison de la complexité de son activation métabolique. Nous avons évalué de manière exhaustive la génotoxicité in vivo du PCH sur les cellules hématopoïétiques de rongeurs transgéniques mâles MutaMouse en utilisant un plan d'étude qui a facilité l'évaluation des micronoyaux et de la mutation Pig-a dans les érythrocytes en circulation, ainsi que des fréquences de mutants lacZ dans la moelle osseuse. Les souris ont été exposées par voie orale au PCH (0, 6,25, 12,5 et 25 mg/kg/jour) pendant 28 jours consécutifs. Les échantillons de sang prélevés 2 jours après l'arrêt du traitement ont montré une induction significative, liée à la dose, de micronoyaux dans les érythrocytes immatures et matures. La moelle osseuse et le sang prélevés 3 et 70 jours après l'arrêt du traitement ont également montré des fréquences de mutants significativement élevées dans les tests lacZ et Pig-a, même à la dose la plus faible testée. Les fréquences des mutants lacZ et Pig-a (érythrocytes immatures et matures) induites par la PCH étaient fortement corrélées, avec des valeurs R2 ≥ 0,956, à l'exception des mutants lacZ vs Pig-a dans les érythrocytes matures à 70 jours (R2 = 0,902). Ces résultats montrent que la PCH est génotoxique in vivo et démontrent que le métabolisme complexe et la génotoxicité qui en résulte sont mieux évalués dans des modèles animaux intacts. Nos résultats soutiennent en outre le concept selon lequel plusieurs biomarqueurs de génotoxicité, en particulier la génotoxicité des cellules hématopoïétiques, peuvent être facilement combinés en une seule étude, à condition qu'une attention adéquate soit accordée aux temps de manifestation.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada est chargé d’évaluer les dangers posés par les produits chimiques nouveaux et existants, y compris l’évaluation de la capacité d’un produit chimique à endommager le matériel génétique (c.-à-d. la génotoxicité). Les dommages génétiques peuvent se manifester par des anomalies de l’intégrité des chromosomes (clastogénicité) ou des modifications de la séquence d’ADN (c’est-à-dire des mutations), qui sont tous deux des facteurs favorisant le cancer, ainsi que d’autres types de maladies. Santé Canada soutient également l'élaboration et la validation de lignes directrices d'essai pour l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) qui sont couramment utilisées pour évaluer la génotoxicité des produits chimiques. Dans cette étude, des scientifiques de Santé Canada et des scientifiques d'une société de biotechnologie américaine (Litron Laboratories) ont utilisé la procarbazine, un agent chimiothérapeutique prototype, pour démontrer la faisabilité de l'intégration de plusieurs paramètres de génotoxicité dans le même plan expérimental, réduisant ainsi le nombre d'études en laboratoire. animaux utilisés pour les tests. Les résultats ont montré que la procarbazine était un puissant inducteur de clastogénicité et de mutagénicité dans les cellules hématopoïétiques de souris (tous types de cellules sanguines). En outre, l'étude a montré que les deux tests mutagènes utilisés (le test lacZ avec une ligne directrice de test établie par l'OCDE et le test Pig-a avec une ligne directrice de test de l'OCDE en cours de développement) ont produit des résultats similaires, indiquant que les deux tests sont efficaces pour détecter le activité mutagène des produits chimiques. Dans l'ensemble, ces résultats fournissent un exemple de la façon dont plusieurs paramètres de génotoxicité peuvent être intégrés dans un plan d'étude unique pour obtenir une compréhension globale du mécanisme par lequel les produits chimiques peuvent endommager le matériel génétique et fournir des données à l'appui pour l'élaboration d'une ligne directrice d'essai de l'OCDE pour le test Pig-a.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1002/em.22271

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2208

dc.language.iso

en

dc.publisher

Wiley

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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Integrated In Vivo Genotoxicity Assessment of Procarbazine Hydrochloride Demonstrates Induction of Pig-a and LacZ Mutations, and Micronuclei, in MutaMouse Hematopoietic Cells

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Article

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