Induction of gene mutations in germ cells of the mouse

Abstract

Methods available to study the induction of gene mutations in mammalian germ cells are described. Results of specific locus experiments with mice indicate the importance of this test for the validation of short term tests. Out of 5 compounds studied extensively in the Environmental Research Programme of the Commission of the European Communities 2 induced mutations in the Salmonella typhimurium test and in the specific locus test, while 2 others induced mutations only in mammals. In contrast to radiation, chemical mutagens can express mutations in certain gametogenic stages only. The different gametogenic sensitivity of mammalian germ cells to chemical mutagens gives a clue for the evaluation of mutagenicity data. In the linear part of the dose-effect-curve fractionation of a dose of 600 mg/kg procarbazine reduced the yield of specific locus mutations. In the descending part of the dose-effect-curve fractionation of a dose increased the rate of specific locus mutations above the single total dose. Experiments with procarbazine indicate that oocytes are less sensitive than spermatogonia for the induction of specific locus mutations. The genetic risk is defined as the increase in percent of the spontaneous mutation rate. The genetic risk can be calculated with high confidence on the basis of relatively few animals in the experimental group. The ratio between the therapeutic dose and the doubling dose gives the percentage increase of the spontaneous mutation frequency of a patient (individual risk). The ratio between the population dose and the doubling dose gives the percentage increase of the spontaneous mutation frequency of a population (population risk). The quantification of the genetic risk of the first generation is possible on the basis of dominant cataract mutations in mice. All extrapolations are based on the assumption that man and mice are equally sensitive to the induction of gene mutations.

Zusammenfassung

Es werden die Methoden zur Erfassung von Genmutationen in den Keimzellen von Säugetieren beschrieben. Die Ergebnisse von Versuchen mit Mäusen, die mit der spezifischen Lokusmethode erhalten werden, sind wichtig für die kritische Beurteilung der Aussagefähigkeit einfacher Testsysteme. Von 5 Verbindungen, die besonders eingehend im Rahmen des Umweltprogrammes der Kommission der Europäischen Gemeinschaften getestet werden, induzieren 2 Verbindungen Mutationen sowohl im Salmonella typhimurium Test als auch im spezifischen Lokustest und 2 weitere Verbindungen nur Mutationen in Säugern. Im Gegensatz zur Strahlung, können sich nach Behandlung mit chemischen Mutagenen Mutationen nur in bestimmten Keimzellstadien manifestieren. Die unterschiedliche Empfindlichkeit der Keimzellen von Säugern ist ein wichtiger Anhalt für die Bewertung von Mutagenitätsdaten. Im linearen Teil der Dosis-Effekt-Kurve von Procarbazin führt die Fraktionierung einer Dosis von 600 mg/kg zur Abnahme der Häufigkeit spezifischer Lokusmutationen. Im abfallenden Teil der Dosis-Effekt-Kurve werden nach Fraktionierung der Dosis mehr spezifische Lokusmutationen beobachtet als nach Gabe einer entsprechenden Einzeldosis. Die Experimente mit Procarbazin ergeben, daß die Oozyten weniger empfindlich sind für die Induktion von spezifischen Lokusmutationen als die Spermatogonien. Das genetische Risiko ist definiert als prozentuale Steigerung der spontanen Mutationsrate. Die Berechnung des genetischen Risikos kann mit hoher Zuverlässigkeit aufgrund von Versuchsergebnissen mit relativ wenigen Nachkommen behandelter Tiere durchgeführt werden. Das Verhältnis von therapeutischer Dosis zur Verdoppelungsdosis ergibt die prozentuale Steigerung der spontanen Mutationshäufigkeit des Patienten (Individualrisiko). Das Verhältnis von Populationsdosis zur Verdoppelungsdosis ergibt die prozentuale Steigerung der spontanen Mutationshäufigkeit der Bevölkerung (Populationsrisiko). Die Quantifizierung des genetischen Risikos ist auf der Grundlage der dominanten Kataraktmutationen bei Mäusen möglich. Alle Extrapolationen gehen von der Annahme aus, daß der Mensch und die Maus für die Induktion von Genmutationen gleich empfindlich sind.