РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 4, с. 408-413
^ МОЛЕКУЛЯРНАЯ
РАДИОБИОЛОГИЯ
УДК [577.2+576]:539.1.04
ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ РЕПАРАЦИИ ДНК НА ВОССТАНОВЛЕНИЕ КЛЕТОК МЛЕКОПИТАЮЩИХ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ДЕЙСТВИЕМ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
© 2007 г. Л. Н. Комарова, М. Д. Тхабисимова, В. Г. Петин*
ГУ Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
С использованием экспериментальных результатов, опубликованных другими авторами, рассчитаны необратимый компонент радиационного поражения и константа восстановления, характеризующая вероятность восстановления клеток млекопитающих различного происхождения от радиационных повреждений в единицу времени. Показано, что ингибирование пострадиационного восстановления, проявляющееся в уменьшении скорости и объема восстановления, происходит за счет возрастания доли радиационных повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться, в то время как константа восстановления в большинстве случаев остается постоянной, несколько уменьшаясь только при использовании в качестве ингибиторов восстановления оксимочевины и 3-аминобензамида. Сделан вывод, что ингибирование восстановления является не причиной химической радиосенсибилизации, а вполне ожидаемым следствием увеличения доли необратимо пораженных клеток.
Ионизирующее излучение, ингибиторы репарации ДНК, клетки млекопитающих, вероятность восстановления, необратимый компонент.
Для повышения эффективности лучевой терапии часто используют комбинированное действие ионизирующего излучения и различных химических радиосенсибилизаторов и ингибиторов восстановления клеток от радиационных повреждений [1]. Существует много ингибиторов молекулярного восстановления радиационных повреждений ДНК, например 9-Р^-арабинофуранозид аденозина (ара-А), оксимочевина, 3-аминобензамид (3-АВ), 1-Р^-арабинофуранозид цитозина (ара-С) [2]. Новобиоцин уменьшает уровень содержания АТФ и влияет на эффективность функционирования фермента топоизомеразы II в клетках, ответственного у млекопитающих за репликацию, транскрипцию и восстановление ДНК [3, 4]. Кроме того, новобиоцин ингибирует восстановление клеток млекопитающих от потенциально летальных повреждений, тем самым повышая их радиочувствительность. Присутствие 5'-йод-дезоксиури-дина (IUdR) в ДНК также существенно увеличивает радиочувствительность клеток млекопитающих [5]. Это увеличение в радиочувствительности сопровождается заметным повышением количества индуцированных двунитевых разрывов ДНК.
Возможно несколько механизмов повышения радиочувствительности клеток под влиянием хи-
*Адресат для корреспонденции: 249036, Обнинск, Калужская обл., ул. Королева, 4, ГУ МРНЦ РАМН; тел.: (48439) 7-47-43; факс: (495) 956-14-40; e-mail: petin@obninsk.com.
мических соединений. Во-первых, при комбинированных воздействиях ионизирующего излучения с ингибиторами пострадиационного восстановления могут формироваться необратимые повреждения, от которых клетка не способна восстанавливаться. Во-вторых, может нарушаться сам процесс молекулярного восстановления. Обе эти возможности приводят к снижению скорости и объема восстановления. В-третьих, некоторые радиосенсибилизаторы могут повышать радиочувствительность, не изменяя параметров пострадиационного восстановления.
Ранее нами было установлено, что ингибирование восстановления дрожжевых клеток после комбинированного действия гипертермии и ионизирующего [6, 7] или ультрафиолетового [8] излучения происходило за счет увеличения доли необратимо пораженных клеток при повышении термической нагрузки, в то время как вероятность восстановления в единицу времени оставалась постоянной и не зависела от условий комбинированного воздействия. Подобные оценки не сделаны для клеток млекопитающих. Представляло интерес, используя математический подход, описывающий процесс восстановления клеток, приводящий к уменьшению эффективной дозы ионизирующего излучения, оценить для клеток млекопитающих различного происхождения, влияют ли химические ингибиторы пострадиационно-
го восстановления на процесс восстановления (уменьшение константы восстановления) либо на формирование необратимых повреждений (возрастание необратимого компонента), от которых клетки не способны восстанавливаться.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использованы экспериментальные результаты по выживаемости и восстановлению культивируемых клеток млекопитающих после воздействия ионизирующего излучения и химических ингибиторов восстановления, опубликованные другими авторами для культивируемых клеток яичника китайского хомячка (СНО), эмбриональных фибробластов клеток мыши С3Н 10Т1/2, фибробластов человека AG1522, клеток карциномы кожи человека SCC61 [2], клеток китайского хомячка (штаммы V79-B310H [4] и СНО-ЮВ [5]). Методы культивирования, облучения, инкубирования, определения выживаемости и кинетики восстановления описаны в процитированных работах. Были испытаны химические ингибиторы с различными механизмами действия. Ингибиторы восстановления вводили в суспензию клеток за 18-24 ч до облучения, иногда они присутствовали во время облучения или только в период восстановления клеток от потенциально летальных повреждений. Однако сами авторы не оценивали параметры восстановления, которые бы позволили ответить на вопрос, влияет ли комбинированное действие ионизирующего излучения и ингибиторов восстановления на процесс восстановления либо на формирование необратимых повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Для расчета этих параметров в данной работе была использована математическая модель, апробированная на дрожжевых клетках [6-8], суть которой может быть резюмирована следующим образом.
Для описания кинетики пострадиационного восстановления клеток используется следующее уравнение:
Яф(0 = АК + (1 - К)ехр(-р0], (1)
где - первоначальная доза, в которой были облучены клетки; Бэф(0 - эффективная доза, соответствующая выживаемости клеток, достигаемой после восстановления в течение времени К - необратимый компонент лучевого поражения; в -константа восстановления, характеризующая вероятность восстановления от радиационных повреждений в единицу времени. Из уравнения (1) следует, что
в = -1п{[Яф(0 - Яф(~)МА - ЯфК)]}1^, (2)
где Бэф(^) - эффективная доза, соответствующая плато кривой восстановления.
Выживаемость, %
восстановления, ч
Рис. 1. Зависимости выживаемости фибробластов человека ЛС1522 от дозы облучения (А) и от продолжительности восстановления клеток (Б) после воздействия 220 кВ рентгеновского излучения (7 Гр) в комбинации с 3-аминобензамидом, с 9-Р^-арабинофуранози-дом аденозина (ара-Л) и с оксимочевиной. Кривые 1 -действие одного рентгеновского излучения, кривые 2,3 и 4 - комбинированное действие рентгеновского излучения и 5 ммоль/л 3-аминобензамида, 0.12 ммоль/л 9-Р^-арабинофуранозида аденозина (ара-Л) и 5 ммоль/л оксимочевины соответственно.
Необратимый компонент лучевого поражения определяется выражением
к=Яф(~)/А. (3)
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для иллюстрации применимости описанной модели на рис. 1 представлены данные по зависимости выживаемости клеток от дозы облучения (рис. 1, А), а также от продолжительности восстановления (рис. 1, Б) фибробластов человека AG1522 после воздействия только ионизирующего излучения (кривые 1) или в комбинации его с 5 ммоль/л 3-АВ (кривые 2), 0.12 ммоль/л ара-Л (кривые 3) и 5 ммоль/л оксимочевины (кривые 4). Эти данные оценены нами на основании результатов, опубликованных в работе [2]. На этом же рисунке стрелками отмечен пример определения А, Б^) и На основании данных о кинетике пострадиационного восстановления клеток (рис. 1, Б) нельзя сделать вывода о параметрах, характеризующих этот процесс. Описанная выше математическая модель позволяет оценить изменения этих параметров.
Используя данные, приведенные на рис. 1, мы рассчитали зависимость доли радиационных повреждений К(0, определяемой отношением
Рис. 2. Зависимость доли невосстановленных радиационных повреждений, К^), (А) и доли восстанавливаемых радиационных повреждений, А({), (Б) от продолжительности восстановления от потенциально летальных повреждений фибробластов человека AG1522 после воздействия рентгеновского излучения и его комбинаций с 3-аминобензамидом, 9-Р-Б-арабинофу-ранозидом аденозина и оксимочевиной. Обозначения кривых те же, что и на рис. 1.
от продолжительности пострадиационного восстановления (рис. 2, А). Эта функция отражает динамику изменения относительной доли радиационных повреждений, не восстановленных к моменту времени Предельное значение К(0,
достигаемое после 24-часового восстановления, соответствует необратимому компоненту (уравнение (3)). На рис. 2, Б представлена зависимость функции А(0, равной [^(0 - Дф(«0МА - АфМ], от продолжительности пострадиационного восстановления клеток. Эта функция отражает динамику изменения относительной доли восстанавливаемых радиационных повреждений. С использованием уравнения (2) и зависимости А(0 от продолжительности восстановления рассчитывается постоянная восстановления р. Важно отметить, что сами авторы работы [2] таких оценок не проводили. Рассчитанные таким образом параметры К и в для различных условий облучения фибробластов человека Лв1522 суммированы в табл. 1. Из этой таблицы и данных рис. 2, А видно, что необратимый компонент лучевого поражения несколько возрастает - от 0.5 при действии одного рентгеновского излучения до 0.63 после комбинированного воздействия ионизирующего излучения и исследованных ингибиторов восстановления. Из табл. 1 видно, что константа восстановления в = 0.31 ч-1 при воздействии одного рентгеновского излучения или в комбинации его с 3-ЛВ и ара-Л. Это означает, что в таких условиях воздействия каждый час от оставшихся устранимых повреждений восстанавливался 31% клеток. Наиболее эффективный радиосенсибилизатор (оксимочевина) подавлял процесс восстановления как за счет возрастания необратимого компонента радиационного повреждения, так и за счет не-
Таблица 1. Влияние 220 кВ рентгеновского излучения и некоторых химических препаратов, добавленных до и после облучения, на процесс восстановлени
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.