Ученые из ИТЭБ РАН исследовали динамику уровня повреждений ДНК в лейкоцитах мышей, облученных ионами углерода
16.11.2020
Изучение биологических
эффектов ускоренных тяжелых частиц на живые организмы связано с решением
проблем космобиологии и медицины. Во-первых,
помимо давно использующегося в радиотерапии опухолей рентгеновского или
гамма-излучений в клиниках применяют облучение тяжелыми частицами такими как,
быстрые ионы углерода или протоны. Воздействие этими частицами более эффективно
и не повреждает окружающие здоровые ткани, т.к. основное количество энергии
выделяется в конце пробега частицы в тканях - в пике Брэгга. В отличие от пучка
ускоренных частиц, направленного на локальный участок тела пациента, воздействие
ионизирующего излучения при пилотируемых космических полетах осуществляется на
весь организм. Во-вторых, несмотря на низкие дозы и небольшие мощности доз, высокоэнергетические частицы космоса (106–1021 эВ) индуцируют
повреждения ДНК клеток крови космонавтов. Побочным эффектом воздействия ускоренных
частиц при радиотерапии и при долговременных космических полетах является
возникновение злокачественных новообразований. Поэтому изучение биологических эффектов
тяжелых частиц актуально для понимания последствий, как космических полетов,
так и протоколов лечения онкологических пациентов.
Коллектив авторов из Института Теоретической и
Экспериментальной Биофизики РАН провел исследование по выявлению
повреждений ДНК в лейкоцитах крови мышей, облученных ускоренными ионами
углерода. Результаты работы опубликованы в International Journal of Radiation
Biology.
Работа выполнена на базе Лаборатории радиационной молекулярной биологии и
Лаборатории клеточной инженерии (Группа цитогенетики). Исследование комментируют
заведующая Лабораторией радиационной молекулярной биологии, кандидат биологических наук Елена Ананьевна Кузнецова и старший научный
сотрудник с большим опытом работы методом комета тест Сирота Николай Петрович: «Одним из методов, выявляющих
широкий спектр повреждений ДНК индивидуальных клеток (одно-, двунитевые
разрывы, щелочелабильные апуриновые/апиримидиновые сайты ДНК), является
щелочная версия метода «комета тест». Уровень повреждений ДНК оценивали по количеству
ДНК в хвосте кометы, выраженному в процентах, - % TDNA. B норме %TDNA клеток интактных
организмов отражает процессы возникновения и репарации повреждений ДНК,
поскольку ДНК постоянно подвергается спонтанной тепловой и гидролитической
деградации, окислению и метилированию. Этот метод не требует большого количества
биологического материала, что позволяет проводить мониторинг уровня повреждений
ДНК клеток крови облученных животных в течение длительного пострадиационного
периода.
Исследовали гены, которые участвуют в контроле клеточного цикла (CDKN1A), индукции апоптоза (BBC3, TXN2) и репарации (восстановлении) первичных повреждений ДНК (APEX1). Через сутки после облучения
животных углеродом обнаружили дозозависимое (0.1–2 Гр) увеличение уровня повреждений
ДНК лейкоцитов и увеличение уровней экспрессии генов CDKN1A и BBC3 в клетках
костного мозга. Экспрессия других генов не изменялась».
Авторы показали, что динамика изменений уровня повреждений ДНК в
лейкоцитах у мышей, облученных ионами углерода, в течение 30 дней аналогична
таковой у мышей, подвергшихся воздействию сублетальных (не смертельных) доз
рентгеновского излучения. Сохранение высокого уровня повреждения ДНК к 75-му
дню после облучения углеродом в пике Брэгга указывает на значительное
повреждение клеток из разных клеточных пулов системы крови. Высокий уровень
повреждения ДНК может быть связан не только со сложными кластерными повреждениями
ДНК, но и с хроническим окислительным стрессом.
Источник: E. A. Kuznetsova
, N. P. Sirota , I.Yu. Mitroshina , V. A. Pikalov
, E.N. Smirnova , O.M. Rozanova , S.I. Glukhov
, T.V. Sirota & S.I. Zaichkina. DNA damage in blood leukocytes from mice
irradiated with accelerated carbon ions with an energy of 450 MeV/nucleon.
International Journal of Radiation Biology.
https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1807640
![(JPG, 27 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=8c6531f8-54e8-46a9-8816-df7bb6d22678)
Фотография. Микрофотография
нуклеоидов лейкоцитов крови мышей с высоким уровнем повреждений ДНК.
Хорошо видны голова и хвост «кометы».
Фото
предоставлено сотрудниками Лаборатории радиационной молекулярной биологии ИТЭБ
РАН.