РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 1, с. 57-62
УДК [57+61]::539.1.04:614.876
ИЗМЕНЕНИЕ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ В МАЛЫХ ДОЗАХ, ВОЗМОЖНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
© 2015 г. И. И. Пелевина1, *, А. В. Алещенко2, М. М. Антощина3, В. А. Бирюков3,
Е. В. Рева1, Н. Г. Минаева3
Институт химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН, Москва 2Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Москва 3Медицинскийрадиологический научный центр Минздравсоцразвития РФ, Обнинск
В статье представлен обзор данных литературы (с включением в него результатов собственных исследований) по индукции адаптивного ответа (АО), его формированию, некоторым механизмам, распространенности, универсальности. Предполагается, что множественность механизмов, высокая вариабельность проявлений, отсутствие способности к АО при ряде условий делает развитие АО практически непредсказуемым. Предполагается также, что индукция АО не является столь универсальным феноменом, как это считалось ранее.
Адаптивный ответ, критерии оценки, условия формирования, механизмы, лимфоциты крови человека, универсальность.
БОТ: 10.7868/80869803115010117
Адаптивный ответ — один из очень интересных феноменов — открыт в 1977 г. при предварительной обработке культуры бактерий мутагеном ме-тилнитрозонитрогуанидином сначала в низких дозах, а затем в высокой дозе: выживаемость микроорганизмов и частота мутаций у них уменьшались. Оказалось, что при этом повышается активность индуцируемых ферментов репарации ДНК О6-метилгуанин-ДНК-метилтрансферазы и 3-ме-тиладенин-ДНК-гликозилазы [1].
Изначально репаративная гипотеза — повышение эффективности репарации ДНК после предварительного облучения в малой дозе являлась одной из основных гипотез, объясняющих повышение клеточной радиорезистентности.
В 1984 г. Оливиери с соавт. [2] на лимфоцитах крови человека при воздействии 3Н-тимидином также показали, что число аберраций хромосом уменьшается при предварительном облучении в малых дозах и последующем воздействии того же радионуклида в более высоких дозах.
Таким образом, адаптивный ответ (АО) заключается в повышении резистентности после воздействия разных агентов в малых адаптирующих дозах к последующему воздействию тех же или других агентов в высоких, разрешающих дозах.
* Адресат для корреспонденции: 119991 Москва, ул. Косыгина, 4, ФГБУН ИХФ РАН; тел.: (495) 939-74-47; факс: (495) 938-21-56: e-mail: pele@chph.ras.ru.
С тех пор предполагалось, что АО — общий для всех организмов феномен защиты от экстремальных воздействий, проявляющийся на всех уровнях биологической организации, созданный в эволюции для защиты от повреждения всего живого.
К настоящему времени получено много данных, влияющих на индукцию АО, свидетельствующих о запуске целого каскада событий, способных вызывать последующую резистентность к воздействию агентов в высоких дозах.
В данной работе будут кратко приведены некоторые характеристики формирования АО, некоторые условия, влияющие на индукцию и проявление АО, некоторые закономерности его формирования, всеобщность проявления этого феномена.
Далее перечислены факторы, агенты и ситуации, вызывающие АО и влияющие на его индукцию:
— УФ и др. типы неионизирующих излучений, радиочастотные электромагнитные колебания, химические соединения;
— окружающая среда, стиль жизни, питание, курение, температура;
— величина, мощность адаптирующей и разрешающей доз;
— интервал времени между воздействиями в адаптирующей и разрешающей дозах;
— регуляция и контроль клеточного цикла;
Изменения радиозащитного эффекта экспрессии генов и причины , — предотвращение повреждений ДНК / — репарация ДНК .— иммунные реакции апоптоз
0.6 0.7 Дозы, Гр
Рис. 1. Радиационные эффекты в зависимости от дозы радиационного воздействия в области облучения в малых дозах.
---Детоксификация; Апоптоз
.....Репарация ДНК; Пролиферация клеток
Иммунная реакция
Быстрая репарация
0 Часы Дни Недели Месяцы Время после облучения
Рис. 2. Радиационные эффекты в зависимости от времени после облучения.
— межклеточные контакты и плотность клеточной культуры (в условиях in vitro)',
— увеличение элиминации и фиксации повреждений до их реализации;
— изменение конформации ДНК и повышение доступности ее молекул для ферментов репарации;
— индукция репарации ДНК;
— индукция экспрессии и репрессии определенных генов;
— активация антиоксидантного механизма; активация каскада сигналинга, приток кальция;
— уровень содержания активных форм кислорода, оксидативный стресс;
— каскад повышения активности протеин-киназ;
— апоптоз, аутофагия;
— изменения активности окислительно-восстановительных процессов в митохондриях;
— тип клеток, стадия клеточного цикла и стадия развития в момент воздействий;
— стресс-реакции;
— bystander effect и АО — Инь и Янь радиобиологии облучения в малых дозах;
— эпигенетические факторы (в частности метилирование ДНК).
Однако, несмотря на большое количество проведенных исследований, окончательно механизмы АО до сих пор нельзя считать установленными, поскольку индуцированный адаптивный ответ оказывает защитное действие посредством множества разных способов. Так, еще ранее были описаны механизмы предотвращения повреждений ДНК путем детоксикации свободных радикалов; индукция АО — путем активации репарации ДНК и путем иммуностимуляции. Все эти процессы имеют куполообразную зависимость от величины адаптирующей дозы: выраженность их уменьшается после максимума, наблюдаемого
при воздействии в дозах 0.1—0.2 Гр, в противоположность проявлениям апоптоза, выраженность которого линейно возрастает с увеличением дозы [3] (рис. 1). При адаптирующем воздействии в дозе 0.5 Гр АО практически уже не проявляется.
Были описаны и временные зависимости проявления разных механизмов АО [4] (рис. 2): быстро происходящие процессы — детоксикация свободных радикалов, быстрое начало репарации (часы); некоторые стадии репарации, апоптоз — дни, иммунные реакции — месяцы.
Обнаружено окно в уровнях доз 10—100 мГр. По-видимому, индукция АО требует минимального уровня повреждений [4].
Способность к АО существенно зависит и от мощности адаптирующей дозы — падает с ее увеличением.
Способность к АО показана и в условиях in vivo — наблюдается повышение выживаемости животных, уменьшение повреждения гематопоэтиче-ских тканей, генетических повреждений клеток крови и костного мозга, колониеобразующей способности и продукции интерлейкина-3, снижение канцерогенеза, экспрессии генов клеточного цикла [5—7]. Существенно, что АО обнаружен в стволовых клетках мышей, в нормальных и стволовых клетках опухолей человека [8].
Можно полагать, что облучение в малых дозах является триггером для огромного числа процессов в клетке, связанных с ее переходом в новое физиологическое состояние.
Поскольку АО тормозится ингибиторами синтеза белка (циклогексимид), ингибиторами поли-АДФрибозополимеразы (3-бензамид), топоизо-меразы (камптотецин), можно предполагать индукцию механизмов репарации ДНК и элиминации ее повреждений путем активации специфических генов и синтеза белка de novo.
Действительно, обнаружены специфические гены, участвующие в формировании АО, которые
ИЗМЕНЕНИЕ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ
59
контролируют разные молекулярные функции, включая репарацию ДНК, сигналинг, факторы роста, р53 связанные пути, апоптоз, клеточную пролиферацию и др. [9, 10]. Эти гены не экспрес-сируются без предварительного облучения в малых дозах. При воздействии радиации в разных дозах количество измененных генов различается для условий облучения в дозах 10, 25, 50 сГр или всех генов, общих для облучения в двух или трех дозах [11].
Результаты протеомного анализа (масс-спек-троскопия) показали, что при индукции АО обнаруживается целый ряд белков, отсутствующих в среде без адаптирующего воздействия [11]. Семнадцать уникальных белков, объединенные в шесть групп, были найдены в среде после адаптирующего облучения. Это белки, участвующие в активации систем антиоксидантной защиты (35%), контроле клеточного цикла (29%), иммунном ответе (18%), в репарации ДНК (6%), в окислительно-восстановительных процессах (6%), в построении цитоскелета (6%) [11].
При облучении в адаптирующих дозах в опухолевых клетках повышается количество белка сур-вивина, увеличивающего сигналинг тумороне-кротического фактора (TNF), ингибирующего апоптоз, повышающего активность супероксид-дисмутазы (SOD) [12]. Существенно, что после радиационно-томографических исследований при последующей лучевой терапии в опухолях может наблюдаться защитный эффект, т.е. полученная при томографии предварительно доза облучения является адаптирующей, что может повышать резистентность опухоли к лучевому лечению.
Значительную роль в индукции АО играет комплекс циклинов, регулирующих клеточный цикл, активно участвующих в митохондриальных функциях путем фосфорилирования белков-мишеней митохондрий. Предполагается, что влияние на этот комплекс — один из путей уменьшения радиационных повреждений здоровых тканей организма [13].
Большинство белков, обнаруженных в среде без предварительного адаптирующего воздействия, принадлежит к специфической группе белков стресса и воспаления, а также белков, регулирующих приток кальция (путем его ингиби-рования) [11].
Получены интересные данные относительно влияния табачного дыма на повреждения, наблюдаемые в легких примерно у четверти курильщиков. Предполагается, что отсутствие повреждений у значительного числа курящих объясняется защитной адаптивной реакцией к сигаретному
дыму из-за высокой концентрации глютатиона в эпителии легких и защиты от образующихся ок-сидантов [14].
Результаты собственных экспериментов, проводимых в течение многих лет, были получены при индукции АО воздействием радиации в малой дозе 0.05 Гр и последующем — в высокой дозе 1.0 Гр. Объектом исследования были лимфоциты периферической крови человека. Критериями оценки приняты микроядерный (МЯ) тест с применением цитокинетического блока цитохалази-ном В и подсчетом частоты двуядерных клеток с МЯ, а также частота клеток с аберрациями хромосом при метафазном анали
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.