Studies on the applicability of short-term genetic endpoints in the risk evaluation of carcinogenous substances. Progress report on the direct comparison between genetic and neoplastic effects in rats exposed to MNU

Abstract

De betrokkenheid van somatische genetische veranderingen in het meerstaps proces van kanker wordt steeds duidelijker. Het hier beschreven onderzoek is gericht op (1) de ontwikkeling cq. verfijning van technieken om onder in vivo omstandigheden in de rat verschillende types van genetische schade te detecteren en (2) het bepalen van de correlatie tussen kortdurende genetische en neoplastische effecten in ratten die eenmalig werden blootgesteld aan de methylerende carcinogene verbinding N-methyl-N-nitrosoureum (MNU). Als modelsysteem werd de granuloma pouch assay gebruikt. De granuloma pouch wordt geinduceerd door een subcutane injectie met steriele lucht. Dit heeft tot gevolg dat de subcutane fibroblasten worden aangezet tot celdeling en zo een goed doelwit weefsel vormen voor studies naar mutagene en carcinogene effecten. De meerwaarde van deze assay ten opzichte van bestaande testen is dus dat zowel kortdurende als chronische eindpunten tegelijkertijd in een en hetzelfde doelwit weefsel voor tumorvorming kwantitatief vergeleken kunnen worden. Een eenmalige intra-pouch blootstelling aan MNU resulteerde niet alleen in dosis-afhankelijke kortdurende effecten zoals DNA adducten, mutaties in het HPRT-gen en chromosoom afwijkingen maar eveneens in een relatie tussen de hoeveelheid tumoren (kwaadaardige mesenchymale tumoren) en de MNU dosis. Met behulp van de "restriction site mutation" techniek werden in andere weefsels van de rat genetische veranderingen door MNU aangetoond. Vergelijking tussen de kortdurende en chronische effecten wezen uit dat alle eindpunten door MNU werden geinduceerd binnen dezelfde doseringreeks. Bovendien vertoonde de kinetiek van de dosis-effect curves voor alle eindpunten een lineariteit.<br>

Based on the increasing knowledge on the involvement of genetic changes in the multi-stage process of carcinogenesis, the present studies were directed towards (i) the improvement of methodologies for detecting several types of genetic endpoints in the rat in vivo and (ii) the assessment of the degree of correlation between short-term genetic events and neoplastic effects in rats exposed once to the methylating carcinogen, N-methyl-N-nitrosourea (MNU). The basic experimental system employed was the granuloma pouch assay. The granuloma pouch is induced by a subcutaneous injection with sterile air, resulting in a transient proliferation of the subcutaneous skin fibroblasts. These fibroblasts are then suitable to investigate mutagenic and carcinogenic effects. The surplus value of this assay as compared to existing systems is that both short- and long-term endpoints can be compared simultaneously and quantitatively in one and the same target tissue for tumorigenesis. A single intra-pouch application of MNU resulted not only in a dose-dependent increase of DNA adducts, HPRT gene mutations and chromosomal aberrations but also in a correlation between tumorigenesis (predominantly malignant fibrohistiocytic tumours) and MNU dose. Applying the Restriction Site Mutation assay in other tissues of the rat, genetic alterations induced by MNU were observed. Comparison between short- and long-term effects revealed that all endpoints were readily induced by MNU in the same dose range and that the kinetics of the dose-effect curves were all compatible with linearity.<br>