1. Wstęp

Adductomics has become the most significant technique in recent times and is one of the rapidly developing disciplines that has the potential to radically change the toxicology research landscape. It's probably time for adductomics to join the elite club of words like genomics, proteomics, and metabolomics. Although the term adductomics first appeared in a journal published in 2006 [ 1 ], it is now used in almost all areas of toxicological research. Adductomics is a transformative biomedical research tool that uses an "omic" approach to characterize and quantify exogenous and endogenous reactive compounds to which an individual is exposed;the use of compound-specific adduct biomarkers. Exposure to chemicals is generally driven by a variety of factors such as environment, genetics and lifestyle, which are characterized by a high level of interpersonal variability and contain a life element that makes it unique to each individual.Adduktomika stała się najbardziej znaczącą techniką w ostatnich czasach i jest jedną z szybko rozwijających się dyscyplin, która może radykalnie zmienić krajobraz badań toksykologicznych. Prawdopodobnie nadszedł czas, aby adduktomicy dołączyli do elitarnego klubu słów takich jak genomika, proteomika i metabolomika. Chociaż termin adduktomika pojawił się po raz pierwszy w czasopiśmie opublikowanym w 2006 roku [ 1]] i obecnie jego zastosowania sięgają niemal wszystkich obszarów badań toksykologicznych. Adductomics to transformacyjne narzędzie badań biomedycznych, które wykorzystuje podejście „omiczne” do charakteryzowania i ilościowego określania egzogennych i endogennych reaktywnych związków, na które narażona jest jednostka; wykorzystanie biomarkerów adduktów specyficznych dla związków. Narażenie na chemikalia jest na ogół napędzane przez różne czynniki, takie jak środowisko, genetyka i styl życia, charakteryzujące się wysokim poziomem zmienności międzyosobowej i zawiera element życia, co czyni go unikalnym dla każdej osoby.

Adductomics focuses mainly on the study of adducts resulting from covalent modifications that are naturally irreversible with bio-macromolecules by exogenous or endogenous reactive electrophilic compounds. The reactive compounds interact with nucleophilic hot spots (electrophile susceptible sites) present in DNA, lipids, proteins, RNA and other macromolecules, leading to adduct formation (as shown in Figure 1 ). Biomonitoring of reactive metabolites regardless of their origin, whether exogenous or endogenous, is challenging due to their short in vivo lifetime, and adductomics has provided a unique opportunity to detect covalent adducts that are relatively stable and long-lived.Adductomy research makes extensive use of two approaches (1) targeted and (2) non-targeted; The first method focuses on the detection of specific adducts after exposure to specific chemical agents, and the later category aims to characterize all adducts by covalent bonds [ 2 , 3 ].Adduktomika koncentruje się głównie na badaniu adduktów powstałych w wyniku modyfikacji kowalencyjnych, które są w przyrodzie nieodwracalne z bio-makrocząsteczkami przez egzogenne lub endogenne reaktywne związki elektrofilowe. Związki reaktywne oddziałują z nukleofilowymi gorącymi punktami (miejscami podatnymi na elektrofile) obecnymi w DNA, lipidach, białkach, RNA i innych makrocząsteczkach, prowadząc do tworzenia adduktów (jak pokazano na Rysunku 1). Biomonitorowanie reaktywnych metabolitów niezależnie od ich pochodzenia, czy to egzogennych, czy endogennych, stanowi wyzwanie ze względu na ich krótki czas życia in vivo, a adduktomika zapewniła unikalną możliwość wykrycia kowalencyjnych adduktów, które są stosunkowo stabilne i długowieczne. Badania nad adduktomią szeroko wykorzystują dwa podejścia (1) ukierunkowane i (2) nieukierunkowane; Pierwsza metoda skupia się na wykrywaniu konkretnych adduktów po ekspozycji na określone czynniki chemiczne, a późniejsza kategoria ma na celu scharakteryzowanie wszystkich adduktów poprzez wiązania kowalencyjne [ 2 , 3 ].

In some cases, natural chemicals do not bind directly to biological molecules, forming adducts, however, transformation into reactive metabolites occurs through metabolic enzymes such as cytochrome P450 systems, and the reactive metabolites formed may bind to protein, RNA and DNA [ 4 ]. , 5 ]. Reactive electrophiles generated from covalent genotoxic bonds with DNA can occur through several mechanisms: (1) arylamation [ 6 ], (2) alkylation [ 7 ], (3) development of bis-electrophilic cross-linking [ 8 ] and (4) adducts with highly reactive intermediates produced by lipid peroxidation [ 9 , 10, 11 ] or reactive oxygen species. The type and nature of the DNA adducts formed is usually dependent on many factors such as the chemical structure of the reactive chemicals, the ability of the chemical to intercalate with DNA, and the nature of the electrophiles. Evidence for aflatoxin, tobacco specific nitrosamine (NNK), polycyclic aromatic hydrocarbons (B [a] P), heterocyclic aromatic amine and other exogenous toxins create a different type of DNA adduct due to their different structural and chemical properties [ 12 ]. The formation of adducts may have a significant impact on the biological system and lead to harmful health complications [ 13] such as diabetes, neurodegenerative diseases, autoimmune diseases, cancer, birth defects [ 14 ] and cardiovascular diseases [ 15 ]. Understanding chemically induced adducts with adductomics may be essential to gain better insight into these diseases and provide new information on effective drug development. Adductomics can have a variety of practical applications in various fields, and its role is obvious (1) disease prognosis, (2) environmental health assessment [ 14 ], (3) development of personalized and precise medicine [ 16 ], (4) biomarker detection for various chemical exposures [ 17 , 18 ,19 ]. Measurement of DNA adducts resulting from exposure to a potential carcinogen in target organs is one of the basic methods of assessing the genotoxic potential of a chemical and serves as the most advanced method for determining the genotoxicity potential of a chemical. In addition, adductomics also identifies the underlying risk factors for pathogenesis and the underlying molecular mechanisms of chemically induced toxicity. The adductomics data would also serve as a guide for regulatory agencies and enable other stakeholders to take preventive measures against exposure to a toxic chemical.W niektórych przypadkach środki chemiczne w postaci naturalnej nie wiążą się bezpośrednio z cząsteczkami biologicznymi, tworząc addukty, jednak transformacja do reaktywnych metabolitów zachodzi przez enzymy metaboliczne, takie jak układy cytochromu P450, a utworzone reaktywne metabolity mogą wiązać się z białkiem, RNA i DNA [ 4]. , 5 ]. Reaktywne elektrofile generowane z kowalencyjnych wiązań genotoksycznych z DNA mogą zachodzić poprzez kilka mechanizmów: (1) aryloaminacja [ 6 ], (2) alkilacja [ 7 ], (3) rozwój sieciowania bis-elektrofilowego [ 8 ] i (4) addukty z wysoce reaktywne związki pośrednie wytwarzane w wyniku peroksydacji lipidów [ 9 , 10 , 11] lub reaktywne formy tlenu. Typ i charakter utworzonych adduktów DNA jest zazwyczaj zależny od wielu czynników, takich jak struktura chemiczna reaktywnych substancji chemicznych, zdolność substancji chemicznej do interkalacji z DNA i charakter elektrofili. Dowody na obecność aflatoksyny, nitrozoaminy specyficznej dla tytoniu (NNK), wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (B[a]P), heterocyklicznej aminy aromatycznej i innych toksyn egzogennych tworzą inny typ adduktów DNA ze względu na ich różne właściwości strukturalne i chemiczne [ 12 ]. Tworzenie adduktów może mieć znaczący wpływ na system biologiczny i prowadzić do szkodliwych powikłań zdrowotnych [ 13 ], takich jak cukrzyca, choroby neurodegeneracyjne, choroby autoimmunologiczne, nowotwory, wady wrodzone [ 14 ] i choroby sercowo-naczyniowe [15 ]. Zrozumienie adduktów indukowanych chemicznie za pomocą adduktomiki może być niezbędne do uzyskania lepszego wglądu w te choroby i dostarczenia nowych informacji na temat skutecznego opracowywania leków. Adduktomika może mieć różnorodne zastosowania praktyczne w różnych dziedzinach, a jej rola jest oczywista (1) prognozowanie chorób, (2) ocena stanu zdrowia środowiska [ 14 ], (3) rozwój medycyny spersonalizowanej i precyzyjnej [ 16 ], (4) wykrywanie biomarkerów dla różnych ekspozycji chemicznych [ 17 , 18 , 19]. Pomiar adduktów DNA powstałych w wyniku ekspozycji na potencjalny czynnik rakotwórczy w narządach docelowych jest jedną z podstawowych metod oceny zdolności genotoksycznej związku chemicznego i służy jako najbardziej zaawansowana metoda określania potencjału genotoksyczności substancji chemicznej. Poza tym, adduktomika identyfikuje również leżące u podstaw czynniki ryzyka patogenezy i leżące u podstaw molekularne mechanizmy toksyczności indukowanej chemicznie. Dane z adduktomiki służyłyby również jako przewodnik dla agencji regulacyjnych i umożliwiały innym zainteresowanym stronom podejmowanie środków zapobiegawczych przeciwko narażeniu na toksyczną substancję chemiczną.

Rapid refinement of methods and tools for the identification and quantification of adducts has made adductomics one of the most promising toxicological disciplines. Tissue sampling and sample preparation is one of the key factors in the detection of various adducts. Recent scientific advances and increased precision of the methods of detection and preparation of samples allow for their non-invasive sampling and the use of body fluids (blood plasma or serum, urine). liquid biopsy. The use of non-invasive methods such as liquid sampling provides various advantages such as 1) samples can be taken at different time intervals without causing great discomfort to patients 2) easy to collect and store 3) easy to transport. twenty]. Among the tools, a widely used and appropriate method for the qualitative and quantitative evaluation of adduct formation, including the identification of covalent conjugate sites in bionucleophiles, is high resolution mass spectrometry (HRMS). The fragmentation pattern in mass spectrometry is used to identify different types of adducts, and a notable aspect regarding DNA and RNA adducts is the near-universal loss of ribose and deoxyribose from the parent molecule giving characteristic peaks at (M + H-116) + and (M + H− 132) + respectively [ 20 , 21 ]. On the other hand, unknown protein adducts are identified by comparing the spectral data of the tested adducts with the reference adduct ( Figure 2 ).First, reference adducts should be synthesized assuming a specific electrophile, and then they will be matched with new adducts being the subject of further research. By adding the proposed electrophilic precursors to plasma or whole blood / lysate, reference adducts can be generated and fragmented using LC-MS. The synthetic adducts will then be further compared to new or unidentified adducts with m / z precursor ions, also examining fragmentation patterns and retention times. Moreover, this approach also contributes to the generation of an extensive database of reference protein adducts, thanks to which the identification of unknown protein adducts becomes much easier [ 22 ].Szybkie doskonalenie metod i narzędzi w identyfikacji i ilościowej ocenie adduktów sprawiło, że adduktomika stała się jedną z najbardziej obiecujących dyscyplin toksykologicznych. Pobieranie próbek tkanek i przygotowanie próbek jest jednym z kluczowych czynników w wykrywaniu różnych adduktów. Ostatnie postępy naukowe oraz zwiększona precyzja metod wykrywania i przygotowania próbek pozwalają na ich nieinwazyjne pobieranie próbek i wykorzystanie płynów ustrojowych (osocze krwi lub surowica, mocz) tzw. biopsję płynną. Stosowanie nieinwazyjnych metod, takich jak pobieranie próbek płynnych, zapewnia różne korzyści, takie jak 1) próbki mogą być pobierane w różnych odstępach czasu bez powodowania dużego dyskomfortu u pacjentów 2) łatwość pobierania i przechowywania 3) łatwość transportu.20 ]. Spośród narzędzi szeroko stosowaną i odpowiednią metodą oceny jakościowego i ilościowego tworzenia adduktów, w tym identyfikacji kowalencyjnych miejsc koniugatu w bionukleofilach, jest wysokorozdzielcza spektrometria mas (HRMS). Wzór fragmentacji w spektrometrii mas jest wykorzystywany do identyfikacji różnych typów adduktów, a godnym uwagi aspektem dotyczącym adduktów DNA i RNA jest prawie powszechna utrata rybozy i dezoksyrybozy z macierzystej cząsteczki dająca charakterystyczne piki przy (M + H-116)+ i ( M + H−132)+ odpowiednio [ 20 , 21 ]. Z drugiej strony, nieznane addukty białkowe identyfikuje się przez porównanie danych spektralnych testowanych adduktów z adduktem referencyjnym ( Rysunek 2). Po pierwsze, addukty odniesienia powinny zostać zsyntetyzowane przy założeniu konkretnego elektrofila, a następnie zostaną dopasowane do nowych adduktów będących przedmiotem dalszych badań. Przez dodanie proponowanych prekursorów elektrofilowych do osocza lub pełnej krwi/lizatu można wytworzyć addukty odniesienia i poddać je fragmentacji przy użyciu LC-MS. Syntetyczne addukty będą następnie dalej porównywane z nowymi lub niezidentyfikowanymi adduktami z m/z jonów prekursorowych, badając również wzorce fragmentacji i czasy retencji. Co więcej, podejście to przyczynia się również do generowania obszernej bazy danych adduktów białek referencyjnych, dzięki czemu identyfikacja nieznanych adduktów białkowych staje się znacznie łatwiejsza [ 22 ].

2. Application of adductomicsZastosowanie adduktomiki

Adductomics is used in the assessment of pollutants and provides information on their toxic effects on biological systems that signal environmental health. For example, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), a toxic pollutant, are a group of structurally similar hydrocarbons released into the atmosphere as a result of incomplete combustion of organic matter, tobacco smoke, urban air pollution and car exhaust emissions [ 29 ]. PAHs can adducts with DNA via reactive intermediates when they are activated with cytochrome P-450 systems, which makes them highly carcinogenic [ 30]. ].One such reactive electrophilic form formed by CYP 1A1 and CYP 1B1 is the PAH-dihydrodiol epoxide, which can react with exocyclic groups present in nucleotides, such as guanine, adenine and cytosine present in DNA [ 31 ]. Similarly, many PAH-DNA adducts are formed with other reactive intermediates in individuals exposed to PAH, and the formed DNA adducts are examined by 32P-Post and LC-MS labeling [ 30 ]. Simultaneous assessment of the entire pool of PAH-DNA adducts in individuals provides us with a comprehensive exposure profile and facilitates a better understanding of the basic mechanistic pathways [ 32]. ].Another study established the relationship between the formation of PAH-DNA adducts in air pollution in exposed mothers and newborns in Poland, which can be seen in the dose-response curve, which showed a proportional increase in the number of DNA adducts with the degree of air pollution [ 33 ]. In the Mediterranean population, high-volume adducts are correlated with environmental pollution by ozone, which contributes to the formation of photochemical smog [ 34 ]. Hylland et al. [ 35 ] used DNA adducts as a distinctive biomarker to study the degree of contamination at various locations in the North East Atlantic region near the coast and at sea.The adduct as a biomarker (DNA adduct) alerts exposure to risk by providing early warning information and helping to improve aquatic hazard assessment and ecological risk assessment [ 36] ]. It was also revealed that DNA adducts (PAH-DNA adducts) would also help determine the biologically effective dose of PAH exposure, informing about the presence and extent of environmental contamination and its relationship to cancer development. PAHs are ubiquitous and their presence in oil and gas mixtures contaminates the aquatic ecosystem during oil and gas exploration. The detection of PAH-DNA adducts may also serve as potential biomarkers of environmental contamination and genotoxicity studies in aquatic organisms [ 37 ].In addition, several reports have shown evidence of the effects of crude oil and production gas on DNA adduct formation in marine organisms both in laboratory animals and in vivo following large oil spills [ 38 , 39 , 40 ].Adduktomika znajduje zastosowanie w ocenie zanieczyszczeń i dostarcza informacji dotyczących ich toksycznego wpływu na systemy biologiczne sygnalizujące stan zdrowia środowiska. Na przykład wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), toksyczne zanieczyszczenia, to grupa podobnych strukturalnie węglowodorów uwalnianych do atmosfery w wyniku niecałkowitego spalania materii organicznej, dymu tytoniowego, zanieczyszczenia powietrza w miastach oraz emisji spalin samochodowych [ 29 ]. WWA mogą tworzyć addukty z DNA poprzez reaktywne związki pośrednie, gdy są aktywowane za pomocą systemów cytochromu P-450, co czyni je wysoce rakotwórczymi [ 30].]. Jedną z takich reaktywnych form elektrofilowych tworzonych przez CYP 1A1 i CYP 1B1 jest epoksyd PAH-dihydro-diolu, który może reagować z grupami egzocyklicznymi obecnymi w nukleotydach, takimi jak guanina, adenina i cytozyna obecnymi w DNA [ 31 ]. Podobnie, wiele adduktów PAH-DNA tworzy się z innymi reaktywnymi półproduktami u osób narażonych na PAH, a utworzone addukty DNA bada się za pomocą znakowania 32P-Post i LC-MS [ 30 ]. Jednoczesna ocena całej puli adduktów PAH-DNA u osób wyposaża nas w kompleksowy profil ekspozycji i ułatwia lepsze zrozumienie podstawowych szlaków mechanistycznych [ 32].]. W innym badaniu ustalono związek między powstawaniem adduktów WWA-DNA przy zanieczyszczeniu powietrza atmosferycznego u narażonych matek i noworodków w Polsce, co widać na krzywej dawka-odpowiedź, która wykazała proporcjonalny wzrost liczby adduktów DNA wraz ze stopniem zanieczyszczenia powietrza [ 33 ]. W populacji śródziemnomorskiej addukty o dużej objętości są skorelowane z zanieczyszczeniem środowiska ozonem, które przyczynia się do powstawania smogu fotochemicznego [ 34 ]. Hylland i in. [ 35] wykorzystali addukty DNA jako charakterystyczny biomarker do zbadania stopnia zanieczyszczenia w różnych miejscach w regionie północno-wschodniego Atlantyku w pobliżu wybrzeża i na morzu. Addukt jako biomarker (addukt DNA) ostrzega narażenie na ryzyko poprzez dostarczanie wczesnych informacji ostrzegawczych i pomaganie w poprawie oceny zagrożeń dla organizmów wodnych i oceny ryzyka ekologicznego [ 36]]. Ujawniono również, że addukty DNA (addukty PAH-DNA) pomogłyby również określić biologicznie skuteczną dawkę ekspozycji na PAH, informując o obecności i zakresie zanieczyszczenia środowiska oraz jego związku z rozwojem raka. WWA są wszechobecne, a ich obecność w mieszaninach ropy i gazu powoduje skażenie ekosystemu wodnego podczas poszukiwań ropy i gazu. Wykrywanie adduktów PAH-DNA może również służyć jako potencjalne biomarkery skażenia środowiska i badania genotoksyczności w organizmach wodnych [ 37 ]. Ponadto w kilku raportach przedstawiono dowody na wpływ ropy naftowej i gazu produkcyjnego na tworzenie adduktów DNA w organizmach morskich zarówno u zwierząt laboratoryjnych, jak i in vivo po dużych wyciekach ropy naftowej [ 38 , 39 , 40].

Moreover, the detection of oxaplatin-induced DNA adducts in colorectal cancer patients with FOLFOX (a combination drug therapy containing folinic acid, fluorouracil and oxaliplatin) will help to design and optimize better treatment strategies for cancer patients. After FOLFAX treatment, the detected oxaplatin-DNA adducts in PBMCs were proportional to tumor reduction, making Drug-DNA adducts a potential biomarker in cancer treatment [ 50 ].Co więcej, wykrycie adduktów DNA indukowanych oksaplatyną u pacjentów z rakiem jelita grubego z FOLFOX (skojarzona terapia lekowa zawierająca kwas folinowy, fluorouracyl i oksaliplatyna) pomoże w zaprojektowaniu i zoptymalizowaniu lepszych strategii leczenia pacjentów z rakiem. Po leczeniu FOLFAX, wykryte addukty oksaplatyny-DNA w PBMC były proporcjonalne do redukcji guza, co czyni addukty Drug-DNA potencjalnym biomarkerem w leczeniu raka [ 50 ].

DNA adducts are physical complexes formed with DNA as a result of the interaction of reactive chemical species with DNA, and the detection of these adducts would serve as potential markers to determine a "biologically effective dose" for the presence of carcinogens in tobacco smoke and could help to better monitor the health of smokers. Several studies have shown that exposure to tobacco smoke can potentially induce DNA adduct formation in in vivo studies and have shown a positive correlation with carcinogenesis. In addition, the detection of DNA adducts can also provide a comprehensive measurement of exposure to carcinogens, also in cancer risk assessment and prediction.Several clinical and epidemiological studies have established an association between increased levels of DNA adducts and the likelihood of developing tobacco-related cancers such as lung, head, neck and bladder cancer [ 52 , 53 ]. While the DNA adduct profile provides exposure images, DNA adduct loading assesses the risk of carcinogenesis. The induction of DNA adducts in blood lymphocytes is also believed to be associated with the development of head and neck cancer.However, the dose-response relationship between smoking and DNA adducts in exposed organs is not fully characterized and in fact the relationship is complicated due to inconsistencies in epidemiological studies and a genetic polymorphism (in carcinogen metabolism (e.g. GSTP1) and DNA repair (e.g. XRCC1)) is the root cause. In early-stage tumors of tobacco carcinogenesis induced by p53 mutations and DNA adducts, it was observed that levels of DNA adducts were correlated with somatic changes (eg 3p21 LOH) [ 69 ].Addukty DNA to fizyczne kompleksy utworzone z DNA w wyniku interakcji reaktywnych form chemicznych z DNA, a wykrycie tych adduktów posłużyłoby jako potencjalne markery do określania „biologicznie skutecznej dawki” dla obecności substancji rakotwórczych w dymie tytoniowym i może pomóc w lepszym monitorowaniu zdrowia palaczy. Kilka badań wykazało, że ekspozycja na dym tytoniowy może potencjalnie indukować tworzenie adduktów DNA w badaniach in vivo i wykazały pozytywną korelację z karcynogenezą. Ponadto wykrywanie adduktów DNA może również zapewnić kompleksowy pomiar narażenia na czynniki rakotwórcze, również w ocenie i przewidywaniu ryzyka raka. Kilka badań klinicznych i epidemiologicznych ustaliło związek między zwiększonym poziomem adduktów DNA a prawdopodobieństwem wystąpienia nowotworów związanych z tytoniem, takich jak rak płuc, głowy, szyi i pęcherza moczowego [52 , 53]. Podczas gdy profil adduktów DNA zapewnia obrazy ekspozycji, obciążenie adduktami DNA ocenia ryzyko kancerogenezy. Uważa się również, że indukcja adduktów DNA w limfocytach krwi jest związana z rozwojem raka głowy i szyi. Jednak zależność dawka-odpowiedź między paleniem a adduktami DNA w eksponowanych narządach nie jest w pełni scharakteryzowana i w rzeczywistości związek ten jest skomplikowany z powodu niespójności w badaniach epidemiologicznych i zakłada się polimorfizm genetyczny (w metabolizmie czynników rakotwórczych (np. GSTP1) i naprawa DNA (np. XRCC1)) jest podstawową przyczyną. W przypadkach guzów we wczesnym stadium kancerogenezy tytoniu, indukowanych przez mutacje p53 i addukty DNA, zaobserwowano, że poziomy adduktów DNA były skorelowane ze zmianami somatycznymi (np. 3p21 LOH) [ 69 ].

Rating genetic toxicity has a high priority in managing safety risks during the development of new chemical compounds and it does so by assessing the carcinogenicity and mutagenicity of the chemical, thus helping in the hazard identification and risk characteristics of chemical agents [ 97 , 98 ]. Traditionally potential genotoxicity, carcinogenicity, and mutagenicity of chemical is evaluated by the Ames test, a test, micronucleus test and the chromosomal [ 99 , 100 ].However, the challenge with these in vitro methods is the high false-positive rate that requires the development of new methodologies and pathway-based understanding of toxicity, which can provide a more accurate picture of DNA damage that can directly detect DNA modifications and DNA damage at the molecular level [ 101 , 102 , 103 ]. Here, DNA adductomics turns out to be a potential candidate for a methodology that could comprehensively study DNA damage through direct molecular detection through the identification and quantification of DNA adducts [ 104 , 105 , 106 ].The micronucleus test is one of the widely used in vitro tests to assess DNA damage, but is currently supplemented by DNA adductomy to address the error due to false-positive test results, confirming the role of DNA adductomics in other in vitro genotoxicity assessment [ 107 , 108 ].Ocena toksyczności genetycznej ma wysoki priorytet w zarządzaniu ryzykiem bezpieczeństwa podczas opracowywania nowych związków chemicznych i czyni to poprzez ocenę rakotwórczości i mutagenności danej substancji chemicznej, pomagając w ten sposób w identyfikacji zagrożeń i charakterystyce ryzyka czynników chemicznych [ 97 , 98 ]. Tradycyjnie potencjały genotoksyczności, mutagenności i rakotwórczości substancji chemicznej ocenia się za pomocą testu Amesa, testu chromosomalnego i testu mikrojądrowego [ 99 , 100]. Jednak wyzwaniem związanym z tymi metodami in vitro jest wysoki odsetek wyników fałszywie dodatnich, które wymagają opracowania nowych metodologii i opartego na szlaku zrozumienia toksyczności, co może zapewnić dokładniejszy obraz uszkodzeń DNA, który może bezpośrednio wykryć DNA modyfikacje i uszkodzenia DNA na poziomie molekularnym [ 101 , 102 , 103 ]. Tutaj adduktomika DNA okazuje się potencjalnym kandydatem na metodologię, która mogłaby kompleksowo zbadać uszkodzenia DNA poprzez bezpośrednią detekcję molekularną poprzez identyfikację i kwantyfikację adduktów DNA [ 104 , 105 , 106]. Test mikrojądrowy jest jednym z szeroko stosowanych testów in vitro do oceny uszkodzeń DNA, ale obecnie jest uzupełniany przez adduktomię DNA, aby zniwelować błąd ze względu na fałszywie dodatnie wyniki testu, co oznacza potwierdzającą rolę adduktomiki DNA w innych ocena genotoksyczności in vitro [ 107 , 108 ].

3. Other Applications3. Inne aplikacje

In addition to the above, other uses of adductomics are summarized in Table 1 below along with publication titles along with novel uses of adductomics:Oprócz powyższego, inne zastosowania adduktomiki przedstawiono w tabeli 1 poniżej wraz z tytułami publikacji wraz z nowatorskimi zastosowaniami adduktomiki:

4. Current challenges and prospects for the future4. Aktualne wyzwania i perspektywy na przyszłość

Advances in diagnostic tools and the emergence of new technologies have given rise to the use of adductomics. However, there are still challenges that need to be overcome in order to fully exploit the potential of adductomics in the toxicological and environmental assessment of chemicals. While data-driven and data-independent extraction methods (in untargeted "omics") have been developed to test multiple adducts simultaneously, obstacles to data processing need to be addressed to get an accurate picture of toxic substances [ 104]. ]. The low frequency of DNA adducts in the sample pool also poses a serious challenge to current software in a realistic assessment that uses common data acquisition methods.This is the need for the continuation of data processing software and the improvement of algorithms for detecting adducts, even at low concentrations, which are critical to understanding pathogenesis [ 143] ]. There are a number of improvements in sample preparation and purification regarding the detection of hydrophilic adducts. Moreover, incomplete enzymatic hydrolysis does not generate and observe certain types of DNA adducts, requiring a comprehensive evaluation of the advantages and disadvantages of several enzymes in terms of DNA hydrolysis and their optimal use.In adducts with molecular weights below 70 KDa there are few probable structures and their identification is not troublesome, while in adducts with higher molecular weights their characterization is extremely difficult due to extended possibilities and amplified permutations; this is a matter of concern even if we could make accurate mass measurements and generate ion fragmentation spectra. This handicap can be overcome by creating an adduct database that would provide ready-made information about adducts;Unfortunately, there is no specific database for adductomics, although hundreds of DNA adducts are characterized every day around the world, the creation of such a database requires a thorough literature search of molecular formulas of already characterized adducts. Fragmentation spectra generated from both ion trap and quadrupole-type fragmentation at the MS2 and MS3 levels, demonstrated at different collision energies, would be useful if compiled and integrated into a database. Currently, databases such as Search for Species Data by Molecular Weight provided by NIST (National Institute of Standards and Technologies) [there is no specific database for adductomics, although hundreds of DNA adducts are characterized every day all over the world, the creation of such a database requires a thorough literature search of molecular formulas of already characterized adducts. Fragmentation spectra generated from both ion trap and quadrupole-type fragmentation at the MS2 and MS3 levels, demonstrated at different collision energies, would be useful if compiled and integrated into a database. Currently, databases such as Search for Species Data by Molecular Weight provided by NIST (National Institute of Standards and Technologies) [there is no specific database for adductomics, although hundreds of DNA adducts are characterized every day all over the world, the creation of such a database requires a thorough literature search of molecular formulas of already characterized adducts. Fragmentation spectra generated from both ion trap and quadrupole-type fragmentation at the MS2 and MS3 levels, demonstrated at different collision energies, would be useful if compiled and integrated into a database. Currently, databases such as Search for Species Data by Molecular Weight provided by NIST (National Institute of Standards and Technologies) [Fragmentation spectra generated from both ion trap and quadrupole-type fragmentation at the MS2 and MS3 levels, demonstrated at different collision energies, would be useful if compiled and integrated into a database. Currently, databases such as Search for Species Data by Molecular Weight provided by NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ Fragmentation spectra generated from both ion trap and quadrupole-type fragmentation at MS2 and MS3 levels, shown at different collision energies, would be useful if compiled and integrated with the database. Currently, databases such as Search for Species Data by Molecular Weight provided by NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ 146], UNIMOD [ 147 ], Human Metabolome Database [ 142 ], Toxic Exposure Database [ 143 ], Exposome- Explorer Database [ 144] ] find use in adductomics. However, the above-mentioned databases are not adductomics specific, which requires the creation of a dedicated database that can facilitate easy identification of unknown adducts. There is a need to develop a more robust and simple technology to further refine sampling, as suggested above, a more focused approach to non-invasive liquid sampling, optimization of sample preparation methods is required that can give precise and reproducible results.Current analytical techniques are very time consuming and expensive to test samples, and further development of cost effective analytical techniques could further enhance the applications of adductomics in biomedical research.

The entry is from 10.3390/ijms221810141

 Postęp w narzędziach diagnostycznych i pojawienie się nowych technologii dały początek zastosowaniom adduktomiki. Jednak nadal istnieją wyzwania, którym należy sprostać, aby w pełni wykorzystać potencjał adduktomiki w ocenie toksykologicznej i środowiskowej chemikaliów. Chociaż metody pozyskiwania zależne od danych i niezależne od danych (w nieukierunkowanych „technologiach omikowych”) zostały opracowane w celu jednoczesnego badania wielu adduktów, należy zająć się przeszkodami w przetwarzaniu danych, aby uzyskać dokładny obraz substancji toksycznych [ 104].]. Niska częstotliwość adduktów DNA w puli próbek stanowi również poważne wyzwanie dla obecnego oprogramowania w realistycznej ocenie, które wykorzystuje powszechne metody pozyskiwania danych. To zapotrzebowanie na kontynuację oprogramowania do przetwarzania danych i ulepszenia algorytmów do wykrywania adduktów, nawet w niskich stężeniach, które są krytyczne dla zrozumienia patogenezy [ 143]]. Istnieje szereg ulepszeń w przygotowaniu próbek i oczyszczeniu, jeśli chodzi o wykrywanie adduktów hydrofilowych. Ponadto niepełna hydroliza enzymatyczna nie generuje i nie obserwuje pewnych typów adduktów DNA, co wymaga kompleksowej oceny zalet i wad kilku enzymów pod kątem hydrolizy DNA i ich optymalnego wykorzystania. W adduktach o masach cząsteczkowych poniżej 70 KDa istnieje niewiele struktur prawdopodobnych, a ich identyfikacja nie jest kłopotliwa, natomiast w adduktach o większych masach cząsteczkowych ich charakterystyka jest niezwykle trudna ze względu na poszerzone możliwości i amplifikowane permutacje; jest to kwestia niepokojąca, nawet jeśli moglibyśmy dokonać dokładnych pomiarów masy i wytworzyć widma fragmentacji jonów. Upośledzenie to można przezwyciężyć poprzez stworzenie bazy adduktów, która dostarczyłaby gotowych informacji na temat adduktów; niestety, nie ma specyficznej bazy danych dla adduktomiki, mimo że codziennie na całym świecie charakteryzowane są setki adduktów DNA, stworzenie takiej bazy wiąże się z dokładnym przeszukiwaniem literatury wzorów molekularnych już scharakteryzowanych adduktów. Widma fragmentacji wytworzone zarówno z pułapki jonowej, jak i fragmentacji typu kwadrupolowego na poziomach MS2 i MS3, wykazane przy różnych energiach zderzeń, byłyby przydatne, gdyby zostały skompilowane i zintegrowane z bazą danych. Obecnie bazy danych, takie jak Search for Species Data by Molecular Weight dostarczane przez NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ nie ma specyficznej bazy danych dla adduktomiki, mimo że codziennie na całym świecie charakteryzowane są setki adduktów DNA, stworzenie takiej bazy wiąże się z dokładnym przeszukiwaniem literatury wzorów molekularnych już scharakteryzowanych adduktów. Widma fragmentacji wytworzone zarówno z pułapki jonowej, jak i fragmentacji typu kwadrupolowego na poziomach MS2 i MS3, wykazane przy różnych energiach zderzeń, byłyby przydatne, gdyby zostały skompilowane i zintegrowane z bazą danych. Obecnie bazy danych, takie jak Search for Species Data by Molecular Weight dostarczane przez NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ nie ma specyficznej bazy danych dla adduktomiki, mimo że codziennie na całym świecie charakteryzowane są setki adduktów DNA, stworzenie takiej bazy wiąże się z dokładnym przeszukiwaniem literatury wzorów molekularnych już scharakteryzowanych adduktów. Widma fragmentacji wytworzone zarówno z pułapki jonowej, jak i fragmentacji typu kwadrupolowego na poziomach MS2 i MS3, wykazane przy różnych energiach zderzeń, byłyby przydatne, gdyby zostały skompilowane i zintegrowane z bazą danych. Obecnie bazy danych, takie jak Search for Species Data by Molecular Weight dostarczane przez NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ Widma fragmentacji wytworzone zarówno z pułapki jonowej, jak i fragmentacji typu kwadrupolowego na poziomach MS2 i MS3, wykazane przy różnych energiach zderzeń, byłyby przydatne, gdyby zostały skompilowane i zintegrowane z bazą danych. Obecnie bazy danych, takie jak Search for Species Data by Molecular Weight dostarczane przez NIST (National Institute of Standards and Technologies) [ Widma fragmentacji wytworzone zarówno z pułapki jonowej, jak i fragmentacji typu kwadrupolowego na poziomach MS2 i MS3, wykazane przy różnych energiach zderzeń, byłyby przydatne, gdyby zostały skompilowane i zintegrowane z bazą danych. Obecnie bazy danych, takie jak Search for Species Data by Molecular Weight dostarczane przez NIST (National Institute of Standards and Technologies) [146 ], UNIMOD [ 147 ], Baza danych ludzkich metabolomów [ 142 ], Baza danych toksycznych ekspozycji [ 143 ], Baza danych Exposome-Explorer [ 144 ]] znaleźć zastosowanie w adduktomice. Jednak wspomniane powyżej bazy danych nie są specyficzne dla adduktomiki, co wymaga stworzenia dedykowanej bazy danych, która może ułatwić łatwą identyfikację nieznanych adduktów. Istnieje potrzeba opracowania bardziej solidnej i prostej technologii w celu dalszego doskonalenia pobierania próbek, jak sugerowano powyżej, bardziej skoncentrowane podejście do nieinwazyjnego pobierania próbek cieczy, wymagana jest optymalizacja metod przygotowania próbek, które mogą dawać precyzyjne i powtarzalne wyniki. Obecne techniki analityczne są bardzo czasochłonne i drogie w badaniu próbek, dalszy rozwój opłacalnych technik analitycznych może jeszcze bardziej wzmocnić zastosowania adduktomiki w badaniach biomedycznych.