ОБЩАЯ РАДИОБИОЛОГИЯ
УДК [57+61]:539.1.047:577.2
ДИСТАНЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ЛУЧЕВОГО ПОРАЖЕНИЯ
В МЕЖКЛЕТОЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ОРГАНИЗМЕ У МЫШЕЙ С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ ГЕНЕТИЧЕСКИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ
РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
© 2013 г. О. Ф. Сенюк1*, В. А. Ковалёв1, Н. И. Круль1, А. В. Жидков1, Г. Ф. Чемерский1,
С. С. Киреев1, Л. Ф. Горовой2, Т. Гергей3
1 Институт проблем безопасности атомных электростанций НАН Украины, Украина, Чернобыль 2Институт клеточной биологии и генетической инженерии НАН Украины, Киев 3 Институт прикладной логики, Венгрия, Будапешт
Представлены результаты поиска "байстэндер" факторов при разных режимах воздействия ионизирующего излучения (ИИ) на мышей Ва1Ь/с и С57Ы/6, характеризующихся разными уровнями генетически детерминированной чувствительности к воздействию ИИ. Использовали такие модели воздействия ИИ: 1) внешнее воздействие у-квантов от мелких образцов ядерного топлива 4-го блока ЧАЭС, модифицированного в процессе аварии 1986 г., которые в 99% связаны с 137С8, с достижением общей дозы облучения около 5.0 Гр за 16 ч и накоплением дозы 0.290 Гр за 231 день экспозиции; 2) внутреннее поступление 137С8 с питьем на протяжении 40 дней. Показано, что клетки разных типов (селезеночные, печеночные, костномозговые и глиальные) независимо от режима воздействия ИИ продуцируют факторы, повышающие уровни ОНР в ДНК в необлученных клетках. В условиях разовой экспозиции в у-полях с достижением дозы внешнего облучения около 5.0 Гр на интенсивность продукции "байстэндер" факторов выше у мышей с повышенным уровнем генетически детерминированной чувствительности к ИИ (Ва1Ь/с). При этих же условиях воздействия у-полей выявляется индукция дополнительных уровней ОНР в ДНК необлученных клеток на протяжении одного месяца после воздействия ИИ. Внутрибрюшинная инъекция меланинов в составе ме-ланин-глюканового комплекса из трутовика Г. /ошвШапт накануне процедуры облучения способствует существенному снижению продукции "байстэндер" факторов, свидетельствуя в пользу сво-боднорадикальной природы их определенной части.
Ионизирующие излучения, "эффект свидетеля", индивидуальная радиочувствительность, защита от ионизирующих излучений, меланины, высшие грибы.
БО1: 10.7868/80869803113010116
Известно, что даже в необлученных клетках (НОК), пребывающих в непосредственной близости к облученным, возникают нарушения, сходные с вызванными действием излучения [1— 3]. Помещение НОК в среду жизнедеятельности облученных клеток (ОК) вскоре приводит к появлению у потомков последних хромосомных и хро-матидных аберраций, микроядер, генных мутаций, к увеличению содержания трансформированных клеток [4—7]. Если в облученных клетках мутации представлены частичными или полными делециями генов, то в клетках-соседях (свидетелях облучения) это — преимущественно точечные мутации [8].
* Адресат для корреспонденции: Украина, 07270, Киевская обл., Чернобыль, ул. Кирова, 36-А, ИПБ АЭС НАН Украины; тел.: (38044 93) 5-15-72; факс: (38044 93) 5-19-01; е-шаП: o1ga.seniuk@yahoo.com.
Сегодня поражения такого рода известны в литературе как немишенные радиобиологические феномены под общим названием "эффект свидетеля" (ЭфСв) или "байстэндер" эффект (от "bystander effect", англ.) [1, 2, 9]. Этот феномен был впервые описан на клетках китайского хомячка [10] и позже выявлен в разных типах клеток других биологических видов в связи с действием поражающих факторов разной природы [1, 11—16].
Облученные клетки продуцируют целый спектр молекулярных трансмиссивных сигналов или "байстэндер" факторов (БСТФ). Это активные формы кислорода (АФК), цитокины и факторы роста, фрагменты ДНК апоптотических клеток, растворимые лиганды смерти или другие факторы белковой природы. Известно, что вышеуказанные субстанции вызывают в НОК изменение профиля экспрессии генов и окислительного метаболизма c последующей усиленной продукцией АФК [4, 11, 17—19], играющих важную роль
в механизмах передачи сигналов клеткам-соседям [20]. Усиленная продукция АФК необлучен-ными клетками выявлена при их инкубации в среде с сывороткой крови, облученной у-частица-ми, либо с супернатантом суспезии облученных клеток [21], или после контакта с ними [22]. Передача таких сигналов через среду жизнедеятельности характерна для ЭфСв, индуцированного ионизирующими излучениями (ИИ) не только с высокой, но и с низкой линейной передачей энергии [23].
"Эффект свидетеля" также может реализоваться через прямые межклеточные контакты. В клетках человека диффузию опосредует белок коннексин 43, гексамерные единицы которого образуют в мембране клетки так называемый коннексон. Коннексоны соседних клеток, объединяясь, образуют "щелеподобный канал", через который и осуществляется диффузия ионов и небольших молекул [24]. Показано вовлечение в этот механизм белка р53 [22]. Очевидно, что в реальных условиях оба механизма ЭфСв запускаются одновременно и функционируют параллельно. "Эффект свидетеля" безусловно имеет место и при действии ИИ в высоких дозах. Но в этом случае доминируют процессы гибели значительной части клеток.
В ряде работ было показано наличие ЭфСв в системах in vivo [18, 19, 25—28]. В работе [25] в потомстве необлученных клеток костного мозга мышей-реципиентов описана индукция хромосомной нестабильности после пересадки клеток, облученных нейтронами вне организма. ЭфСв был замечен у мышей с имплантированной смесью опухолевых клеток, немеченных и меченных радиоактивным изотопом в смертельной концентрации [26]. При этом был зарегистрирован по разному выраженный эффект угнетения роста опухолевых клеток, возникших из немеченых клеток. В работе [28] показано, что локальное облучение мозга увеличивает число поломок в ДНК и экспрессию генар53, изменяет клеточную пролиферацию и частоту апоптоза в клетках селезенки. Существует предположение, что при радиационном воздействии в малых дозах in vitro и in vivo "эффект свидетеля" ограничивается рамками облучаемого органа, в то время как в результате действия ИИ в высоких дозах продуцируемые кла-стогенные факторы попадают в кровоток и увеличивают вероятность поражения тканей органов на расстоянии [24].
Подтверждением выделения из облученных клеток повреждающих "байстэндер" факторов, вызывающих нарушения в необлученных клетках, служит факт обнаружения поврежденных клеток в тканях вне зоны облучения — так называемый "abscopal effect" (запредельный эффект). Показано, что облучение корня крысиного легко-
го ассоциировалось с увеличением частоты микроядер в необлученном верхнем сегменте легкого и с ослаблением этого эффекта после предварительной обработки ткани супероксиддисмутазой [29]. Подобные эффекты были также описаны у больных с хроническими лейкозами [30] и в костном мозге детей с хроническим гранулоцитарным лейкозом после облучения их селезенки [31].
Увеличенное содержание БСТФ, способных повышать частоту хромосомных аберраций и микроядер в тест-культурах лимфоцитов и в тест-системе иммортализированных кератиноцитов человека (HPC-G клетки), выявлено у ликвидаторов Чернобыльской катастрофы и у населения, проживающего на загрязненных радионуклидами территориях [32, 33].
Существуют единичные описания проявления ЭфСв у животных на популяционном уровне. Авторы работ [34] показали, что при помещении облученной (4.0 Гр) мыши в клетку к необлученным животным через сутки у интактных животных наблюдались изменения в иммунологических параметрах, сходные с обнаруженными у облученных мышей.
Приведенные факты указывают на то, что ЭфСв имеет место и in vivo и может играть важную роль в реализации отдаленных медико-биологических эффектов облучения как опухолевой, так и неопухолевой природы. Учет вклада "байстэндер" факторов реально увеличивает радиационный риск при воздействии ионизирующих излучений в малых дозах по сравнению с его расчетными значениями, основанными на величине поглощенной дозы.
Цель данной работы — изучение проявления "эффекта свидетеля" in vivo при моделировании у мышей BALB/c и C57bl/6 эффектов внешнего и внутреннего воздействия в разных дозах радионуклидов (РН) из топлива разрушенного в 1986 г. 4-го блока ЧАЭС, а также исследование возможности нейтрализации воздействия БСТФ при помощи меланин-глюканового комплекса (МГК).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В настоящем исследовании использован методический подход, позволяющий многократно увеличить количество облучаемого клеточного материала для усиления продукции "байстэндер" факторов в межклеточное пространство. С этой целью линейных мышей подвергали воздействию ИИ в дозах, при которых каждая клетка облучаемого организма в среднем получает более одного попадания фотона или у-квантов. Согласно расчетам разных авторов [35, 36], это условие для у- и рентгеновского излучений выполняется уже в диапазоне доз от 4.0 мГр до нескольких сГр. С другой стороны, верхней корректной границей диа-
пазона используемых доз можно считать дозу, близкую к ЛД50/30, при которой еще имеют место незначительные (до 10%) и сравнимые с естественной смертностью потери поголовья. Такая доза для исследуемых линий мышей, исходя из известных кривых дозовых зависимостей выживаемости животных этого вида после воздействия редкоионизирующих излучений, находится в пределах от 60 до 80% ЛД50/30 и приближается к 5.0 Гр.
Экспериментальные животные. В опыты брали половозрелых самок (4—6-месячных) двух линий — С57Ы/6, средне чувствительных к ИИ (ЛД50/30 = 6.70 Гр) с массой тела от 20 до 24 г; и Ва1Ы/с, отличающихся более высокой чувствительностью к действию ИИ (ЛД50/30 = 5.85 Гр) с массой тела от 24 до 29 г [38, 39]. Животных одновременно содержали в идентичных зоотехнических условиях, согласно рекомендациям [40], в виварии Института проблем безопасности атомных электростанций Национальной академии наук Украины в г. Чернобыле. Эвтаназию выполняли в отдельном помещении путем цервикальной дислокации шейных позвонков.
Модели облучения
1. Общее разовое 16-часовое воздействие у-из-лучений от мелких образцов ядерного топлива 4-го энергоблока ЧАЭС, модифицированного в процессе аварии 1986 г., которые были равномерно распределены под клетками с экспонируемы
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.