Simulation of mouse and rat spermatogenesis to inform genotoxicity testing using OECD test guideline 488

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dc.contributor.author

Marchetti, Francesco

Aardema, Marilyn

Beevers, Carol

van Benthem, Jan van

Douglas, George R.

Godschalk, Roger

Yauk, Carole L.

Young, Robert

Williams, Andrew

dc.date.accessioned

2024-04-15T14:13:16Z

dc.date.available

2024-04-15T14:13:16Z

dc.date.issued

2018-06-01

dc.description - en

Health Canada supports the development of the Organisation for the Economic Co-operation and Development (OECD) test guidelines (TG) for identifying chemicals that cause mutations (changes in the DNA sequence). Recently, OECD endorsed TG 488 for simultaneously detecting mutations in somatic (non-reproductive) cells and germ (reproductive) cells using genetically modified rodent models. However, follow-up analysis indicated that the recommended protocol was unreliable for detecting mutations in germ cells. Therefore, Health Canada scientists together with scientists from other international governments, academia and industry developed a computational model of spermatogenesis (the process that produces sperm, the male germ cell) to characterize the exposure history of germ cells following three different experimental designs included in TG 488. Results of the modelling indicated that one of the three designs in TG 488, that is, 28 days of exposure followed by tissue sampling 28 days later, offers a better compromise for the simultaneous assessment of mutagenicity in both somatic cells and germ cells that the currently recommended design of collecting tissues three days after the end of the exposure. This work contributes to identifying the optimal experimental design for detecting mutations in germ cells and forms the basis for revising and updating OECD TG 488. Furthermore, it assures that germ cell data submitted for regulatory purposes are robust and allow regulators to make appropriate risk assessment/risk management decisions.

dc.description.abstract - en

The Organisation for Economic Co-operation and Development Test Guideline (TG) 488 for the transgenic rodent (TGR) mutation assay recommends two sampling times for assessing germ cell mutagenicity following the required 28-day exposure period: 28 + > 49 days for mouse sperm and 28 + >70 days for rat sperm from the cauda epididymis, or three days (i.e., 28 + 3d) for germ cells from seminiferous tubules (hereafter, tubule germ cells) plus caudal sperm for mouse and rat. Although the latter protocol is commonly used for mutagenicity testing in somatic tissues, it has several shortcomings for germ cell testing because it provides limited exposure of the proliferating phase of spermatogenesis when mutations are fixed in the transgene. Indeed, analysis of sperm at 28 + 3d has generated negative results with established germ cell mutagens, while the analysis of tubule germ cells has generated both positive and either negative or equivocal results. The Germ Cell workgroup of the Genetic Toxicology Technical Committee of the Health and Environmental Sciences Institute modelled mouse and rat spermatogenesis to better define the exposure history of the cell population collected from seminiferous tubules. The modelling showed that mouse tubule germ cells at 28 + 3d receive, as a whole, 42% of the total exposure during the proliferating phase. This percentage increases to 99% at 28 + 28d and reaches 100% at 28 + 30d. In the rat, these percentages are 22% and 80% at 28 + 3d and 28 + 28d, reaching 100% at 28 + 44d. These results show that analysis of tubule germ cells at 28 + 28d may be an effective protocol for assessing germ cell mutagenicity in mice and rats using TG 488. Since TG 488 recommends the 28 + 28d protocol for slow dividing somatic tissues, this appears to be a better compromise than 28 + 3d when slow dividing somatic tissues or germ cells are the critical tissues of interest.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

La ligne directrice des tests (TG) 488 de l'Organisation de coopération et de développement économiques pour le test de mutation des rongeurs transgéniques (TGR) recommande deux périodes d'échantillonnage pour évaluer la mutagénicité des cellules germinales après la période d'exposition requise de 28 jours : 28+>49 jours pour le sperme de souris. et 28+>70 jours pour le sperme de rat provenant de la queue de l'épididyme, ou trois jours (c'est-à-dire 28+3 jours) pour les cellules germinales des tubules séminifères (ci-après, les cellules germinales des tubules) plus le sperme caudal pour la souris et le rat. Bien que ce dernier protocole soit couramment utilisé pour les tests de mutagénicité dans les tissus somatiques, il présente plusieurs inconvénients pour les tests sur les cellules germinales, car il offre une exposition limitée à la phase de prolifération de la spermatogenèse lorsque les mutations sont fixées dans le transgène. En effet, l'analyse des spermatozoïdes à 28+3 jours a généré des résultats négatifs avec des mutagènes de cellules germinales établis, tandis que l'analyse des cellules germinales des tubules a généré des résultats à la fois positifs et négatifs ou équivoques. Le groupe de travail sur les cellules germinales du comité technique de toxicologie génétique de l'Institut des sciences de la santé et de l'environnement a modélisé la spermatogenèse de la souris et du rat pour mieux définir l'historique d'exposition de la population cellulaire collectée dans les tubules séminifères. La modélisation a montré que les cellules germinales des tubules de souris à 28+3 jours reçoivent, dans leur ensemble, 42 % de l'exposition totale pendant la phase de prolifération. Ce pourcentage passe à 99% à 28+28j et atteint 100% à 28+30j. Chez le rat, ces pourcentages sont de 22% et 80% à 28+3j et 28+28j, atteignant 100% à 28+44j. Ces résultats montrent que l'analyse des cellules germinales des tubules à 28+28 jours peut constituer un protocole efficace pour évaluer la mutagénicité des cellules germinales chez la souris et le rat à l'aide du TG 488. Puisque le TG 488 recommande le protocole 28+28 jours pour les tissus somatiques à division lente, cela semble être le cas. un meilleur compromis que 28+3d lorsque les tissus somatiques ou les cellules germinales à division lente sont les tissus d'intérêt critiques.

dc.description.fosrctranslation - fr

Santé Canada soutient l'élaboration des lignes directrices d'essai (TG) de l'Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) pour identifier les produits chimiques qui provoquent des mutations (modifications dans la séquence d'ADN). Récemment, l'OCDE a approuvé la ligne directrice 488 pour la détection simultanée de mutations dans les cellules somatiques (non reproductrices) et les cellules germinales (reproductrices) à l'aide de modèles de rongeurs génétiquement modifiés. Cependant, une analyse de suivi a indiqué que le protocole recommandé n'était pas fiable pour détecter les mutations dans les cellules germinales. Par conséquent, les scientifiques de Santé Canada, en collaboration avec des scientifiques d'autres gouvernements internationaux, du milieu universitaire et de l'industrie, ont développé un modèle informatique de la spermatogenèse (le processus qui produit le sperme, la cellule germinale mâle) pour caractériser l'historique d'exposition des cellules germinales selon trois modèles expérimentaux différents inclus dans TG. 488. Les résultats de la modélisation ont indiqué que l'un des trois modèles de la LD 488, c'est-à-dire 28 jours d'exposition suivis d'un prélèvement de tissus 28 jours plus tard, offre un meilleur compromis pour l'évaluation simultanée de la mutagénicité dans les cellules somatiques et les cellules germinales qui la conception actuellement recommandée consistant à collecter des tissus trois jours après la fin de l'exposition. Ce travail contribue à identifier le modèle expérimental optimal pour détecter les mutations dans les cellules germinales et constitue la base de la révision et de la mise à jour de la ligne directrice 488 de l'OCDE. En outre, il garantit que les données sur les cellules germinales soumises à des fins réglementaires sont robustes et permettent aux régulateurs de procéder à une évaluation appropriée des risques. décisions de gestion des risques.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2018.05.020

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2324

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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Simulation of mouse and rat spermatogenesis to inform genotoxicity testing using OECD test guideline 488

dc.type - en

Article

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