Global DNA methylation and low-level exposure to benzene

Summary Introduction: Global genomic hypomethylation is a common event in cancer tissues that is frequently observed in hematopoietic malignancies, including leukemia. Benzene, an established leukemogen at high doses, has been suggested to induce hypomethylation based on investigations of DNA methylation in LINE-1 and Alu repetitive elements. Whether global genomic DNA methylation content is reduced in response to benzene exposure is still undetermined. Methods: We measured global DNA methylation in 78 gasoline station attendants and 58 controls in peripheral blood cells using high-resolution gas chromatography-mass spectrometry. PCR-Pyrosequencing measures of DNA methylation at Alu and LINE-1 repetitive elements, representing a large proportion of methylation in non-coding regions, were also available. Exposure markers included personal airborne benzene, and urinary benzene, t,t-muconic acid (t,t-MA) and S-phelylmercapturic acid. Results: Mean global DNA methylation was 5.474 (±0.083) %5mC in controls and 5.409 (±0.142) %5mC in exposed participants (p=0.001). All methylation markers were negatively correlated with airborne benzene. Alu and LINE-1 methylation, but not global DNA methylation, were negatively associated with t,t-MA; no association with the other urinary biomarkers was found. Multiple linear regression analysis adjusted for gender and age confirmed the results of correlation analysis and showed a 1.6% decrease in global DNA methylation associated with being gasoline station attendants. Alu and LINE-1 methylation levels were not associated with global DNA methylation. Conclusion: Our results show that benzene exposure is associated with alterations in both global DNA and repetitive element methylation. Global and repetitive element methylation levels are not correlated in blood DNA, likely representing independent responses to benzene exposure. Riassunto «Metilazione globale del DNA e esposizione a bassi livelli di benzene». Introduzione: L’ipometilazione genomica globale e un evento comune nei tessuti tumorali, compresi i tumori ematopoietici, tra cui la leucemia. Studi riguardanti la metilazione del DNA negli elementi ripetuti LINE-1 e Alu suggeriscono che il benzene, un accertato leucemogeno alle alte dosi, possa indurre ipometilazione. Rimane da chiarire se il livello di metilazione globale del DNA venga ridotto in risposta ad una esposizione a benzene. Metodi: La metilazione globale del DNA e stata misurata nelle cellule di 78 addetti alla distribuzione del carburante e 58 controlli mediante gas cromatografia-spettrometria di massa. Erano inoltre disponibili misure di metilazione del DNA, ottenute tramite PCR-Pyrosequencing, negli elementi ripetuti Alu e LINE-1, che sono regioni non codificanti del DNA con un’elevata percentuale di metilazione. L’esposizione personale a benzene aerodisperso e gli indicatori biologici benzene urinario, acido t-t-muconico (t,t-MA) e acido S-fenilmercapturico sono stati misurati come indicatori di esposizione. Risultati: La metilazione globale del DNA media e risultata 5,474 (±0,083) 5mC% nei controlli e 5,409 (±0,142) 5mC% nei benzinai (p=0,001). Tutti i marcatori di metilazione sono risultati correlati negativamente con il benzene aerodisperso. La metilazione degli elementi Alu e LINE-1, ma non la metilazione globale, e risultata negativamente associata con t,t-MA; non e stata trovata nessuna associazione con gli altri indicatori urinari. L’analisi di regressione lineare multipla, aggiustata per sesso ed eta, ha confermato i risultati delle analisi di correlazione e ha mostrato una diminuzione dell’1,6% nella metilazione globale del DNA nei benzinai. I livelli di metilazione di Alu e LINE-1 non sono risultati associati alla metilazione globale del DNA. Conclusioni: I nostri risultati mostrano che l’esposizione al benzene e associata ad alterazioni sia della metilazione globale del DNA che della metilazione degli elementi ripetuti. Nel DNA di sangue periferico i livelli di metilazione globale e degli elementi ripetuti non sono correlati e probabilmente rappresentano risposte indipendenti alla esposizione a benzene.