РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 1, с. 93-99
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ МАЛЫХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ
УДК 599:5391047
О РЕАКЦИИ КЛЕТОЧНОЙ ПОПУЛЯЦИИ НА ОБЛУЧЕНИЕ В МАЛЫХ ДОЗАХ
© 2007 г. А. М. Серебряный1*, А. В. Алещенко1, В. Я. Готлиб2, О. В. Кудряшова2,
Л. П. Семенова1, И. И. Пелевина2
1Институт биохимической физики РАН им. Н.М. Эмануэля, Москва 2Институт химической физики РАН им. Н.Н. Семенова, Москва
При помощи микроядерного теста с использованием цитокинетического блока цитохалазином В изучены изменения в популяции стимулированных ФГА лимфоцитов периферической крови человека после облучения клеток в дозах 0.05, 1.0 Гр, а также после облучения в адаптирующей (0.05 Гр) и через 5 ч - в проявляющей (ударной) дозе (1.0 Гр).
Обнаружено, что изменения радиочувствительности в основном обеспечиваются двумя процессами, протекающими на разных уровнях. Один из них внутриклеточный - интенсификация (или соответственно уменьшение эффективности) внутриклеточной репарации, и этот процесс обеспечивает реальное снижение или повышение радиочувствительности. Второй процесс - популяционный. У большинства обследованных число поврежденных клеток в популяции и число двуядерных клеток с микроядрами в пределах статистической погрешности одинаково при облучении в дозах 1.0 и 0.05 + 1.0 Гр. Показано, что у этих доноров эффект облучения в малой дозе, выявляемый воздействием в ударной дозе, обусловлен увеличением (или уменьшением) в популяции доли двуядерных клеток при одинаковом числе поврежденных клеток после двух режимов облучения.
Радиация, малые дозы, лимфоциты, адаптивный ответ, механизм изменения радиочувствительности.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, изучение последствий облучения клеток в низких (2-10 сГр) дозах затруднено из-за малой величины возникающих эффектов и необходимостью проведения масштабных экспериментов для получения статистически значимых результатов. Один из выходов - использование второго воздействия, чаще всего облучения в более высокой дозе (порядка 1.0 Гр и выше), "проявляющего" эффект первого воздействия. Так, было показано, что лимфоциты периферической крови некоторых индивидуумов после облучения в дозе 5 сГр становятся более радиорезистентными (наблюдается так называемый адаптивный ответ, АО); у части индивидуумов радиочувствительность не изменяется (АО отсутствует), а у некоторых индивидуумов лимфоциты становятся более радиочувствительными (повышение радиочувствительности, ПРЧ) (обзор см. [1, 2]). Однако первичные изменения, происходящие в клетках, облученных в малых дозах, а также процессы, приводящие к изменению радиочувствительности, все еще остаются мало изученными. При рассмотрении механизмов АО полагают обычно, что в результате облучения в малых дозах (адаптирую-
*Адресат для корреспонденции: 119991 Москва, ул. Косыгина, 4, ИБХФ РАН; тел.: (495) 939-74-81; e-mail: amserebr@ sky.chph.ras.ru.
щего воздействия) происходит активация и индукция синтеза репаративных ферментов, функционирование которых обеспечивает устойчивость объекта к последующему действию высоких доз. В пользу этого механизма [2, 3] свидетельствует подавление адаптивного ответа ингибиторами синтеза белков de novo, ингибированием поли-(ADP-рибо-зо)-полимеразы - фермента, участвующего в репарации разрывов ДНК. Однако [3] прямых экспериментальных доказательств справедливости этой гипотезы не представлено. Более того, ряд исследователей полагает, что процесс формирования адаптивного ответа не обязательно связан с процессом репарации [4, 5]. Механизм ПРЧ остается полностью неизвестным.
В настоящей работе представлены новые экспериментальные данные о процессах, приводящих к формированию АО и ПРЧ.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ
В работе использовали микроядерный тест в сочетании с цитокинетическим блоком цитохалазином В [6]. Измеряли спонтанную частоту двуядерных клеток с микроядрами, а также частоту двуядерных клеток с микроядрами после облучения в дозе 0.05, 1.0 Гр и совместно, в дозах 0.05 и
Таблица 1. Результаты изучения радиочувствительности лимфоцитов трех доноров до и после облучения в адаптирующей дозе 0.05 Гр
№ донора Число двуядерных лимфоцитов с микроядрами на 1000 всех двуядерных клеток р* Тип реакции
спонтанное после 0.05 Гр после 1.0 Гр после 0.05 + 1.0 Гр
1 16 17 140 80 <0.001 АО
2 22 19 101 104 >0.05 АО отсутствует
3 25 23 154 186 <0.05 ПРЧ
* Сравнение частот клеток с микроядрами после 1.0 и 0.05 + 1.0 Гр, критерий %2.
1.0 Гр через 5 ч. Подробно методика изложена в работах [7, 8].
Для каждого варианта опыта готовили 2 препарата, которые анализировались двумя независимыми исследователями.
Каждый препарат анализировали дважды. При первом просмотре отдельно просчитывали число двуядерных клеток с МЯ среди 1000 двуя-дерных клеток. Изменение этой частоты в варианте облучения в дозах 0.05 + 1.0 Гр по сравнению с облучением только в дозе 1.0 Гр служило показателем наличия или отсутствия АО, наличия ПРЧ.
При втором просмотре на каждом препарате подсчитывали число одно-, дву- и многоядерных клеток, а также число одно-, дву- и многоядерных клеток с микроядрами среди 1000 просчитанных клеток.
Лаборатория проводит обширные исследования влияния условий проживания людей, экологических факторов на способность к адаптивному ответу или ПРЧ [7, 8]. Из контрольной группы с целью настоящего исследования случайным образом были отобраны 29 человек в возрасте от 10 до 69 лет: 1) индивидуумы, у которых лимфоциты после облучения в дозе 0.05 Гр становятся более радиорезистентными (проявляют АО, 10 человек); 2) индивидуумы, радиочувствительность лимфоцитов которых при этом воздействии не меняется (АО отсутствует, 10 человек); 3) инди-
Таблица 2. Показатели, характеризующие группы доноров
Группа
Среднее число двуядерных лимфоцитов с микроядрами на 1000 всех двуядерных клеток
спонтанное после 0.05 Гр после 1.0 Гр
С АО 17.3 ± 3.9 23.6 ± 3.4 156.0 ± 13.1
Без АО 15.3 ± 2.0 16.5 ± 2.2 107.6 ± 9.6**
С ПРЧ 19.5 ± 2.2 21.8 ± 2.3 111.0 ± 16.4*
* р < 0.5; ** р < 0.01.
видуумы, лимфоциты которых после облучения в этой дозе становятся более радиочувствительными (повышение радиочувствительности, ПРЧ, 9 человек).
Для всех отобранных индивидуумов были известны значения спонтанной частоты двуядерных лимфоцитов с МЯ среди всех двуядерных лимфоцитов, а также значения этой частоты после облучения в дозах 0.05, 1.0 и 0.05 + 1.0 Гр. Для иллюстрации принципа разделения доноров на 3 группы в табл. 1 приводятся данные для 3 из них.
Средняя спонтанная частота лимфоцитов с МЯ в этих группах достоверно не различается, а облучение в дозе 0.05 Гр в среднем не вызывает статистически достоверного ее повышения (табл. 2). В то же время группы существенно и достоверно различаются по средней радиочувствительности (облучение в дозе 1.0 Гр): в группе с АО она более высокая и составляет 156.0 ± 13.1, в то время как в группах без АО и с ПРЧ она одинакова - 107.6 ± 9.6 и 111.0 ± 16.4 клеток с микроядрами на 1000 просмотренных двуядерных клеток.
Достоверность различий в частотах появления лимфоцитов с микроядрами после облучения их однократно в дозе 1.0 Гр или в двух дозах (0.05 + + 1.0 Гр) проверяли с помощью критериев %2 и Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ
В работе были исследованы закономерности варьирования после облучении в дозах 0.05, 1.0 и 0.05 + 1.0 Гр не только доли двуядерных лимфоцитов с МЯ и без них, но и закономерности варьирования других субпопуляций: одно- и многоядерных лимфоцитов с микроядрами и без них. Всего просматривали на препарате по 1000 клеток.
Наиболее существенный эффект наблюдается при подсчете общего числа клеток с МЯ (на 1000 клеток всех типов) у каждого индивидуума (табл. 3). Оказалось, что во всех трех группах, у большинства обследованных лиц (у 5 из 10 лиц с АО, у 8 из 10 лиц без АО и у 6 лиц из 9 с ПРЧ) общее число клеток с МЯ в популяции после облучения в дозах 1.0 и 0.05 + 1.0 Гр одинаково (в пре-
Таблица 3.
клеток)
Влияние адаптирующего облучения на число лимфоцитов с микроядрами в популяции (на 1000 всех
Число клеток всех типов с МЯ после р* Число ДЯ клеток с МЯ после
1.0 Гр 0.05 + 1.0 Гр 1.0 Гр 0.05 + 1.0 Гр
№ донора
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
46 41 36 78 131 109 90 87 103 84
39 49 46 31 14 19 86 93 45 55
55 57 32 81 123 67 61
45 60 57
66 64
46 25 20 29 66 66 44 63
Доноры с АО
>0.05 14
>0.05 15
>0.05 10
>0.05 74
>0.05 89
<0.001 82
<0.05 81
<0.001 76
<0.001 94
<0.05 39 Доноры без АО
<0.01 12
>0.05 31
>0.05 22
>0.05 20
>0.05 6
>0.05 5
>0.05 65
<0.05 83
>0.05 33
>0.05 75 Доноры с ПРЧ
24 23 20 72 94 50 56 42 53
25
26 26 29 17 12
7 60 62 29 82
>0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 <0.01 <0.05 <0.01 <0.001 0.05 < р < 0.1
<0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 >0.05 0.1 > р > 0.05 >0.05 >0.05
1 67 142 <0.001 37 89 <0.001
2 106 172 <0.001 57 90 <0.01
3 71 92 0.1 > р > 0.05 55 74 0.1 > р > 0.05
4 40 42 >0.05 27 11 <0.01
5 37 42 >0.05 35 32 >0.05
6 37 32 >0.05 27 22 >0.05
7 28 30 >0.05 19 19 >0.05
8 38 46 >0.05 20 28 >0.05
9 90 105 >0.05 51 41 >0.05
* Критерий х2.
*
делах статистической погрешности). Это ставит под сомнение универсальность репаративного механизма формирования АО или ПРЧ: если бы в его основе всегда лежал процесс усиления или ослабления репарации повреждений, то должно было бы наблюдаться снижение или увеличение числа поврежденных клеток после облучения в адаптирующей и проявляющей дозах по сравнению с облучением в ударной дозе. Однако это на-
блюдается лишь у меньшей части обследованных индивидуумов.
Описанные закономерности изменения общего числа поврежденных клеток в популяции практически полностью воспроизводятся при аналогичном анализе изменений числа только двуядерных клеток с МЯ (табл. 3).
Таким образом, анализ уровня поврежденно-сти популяции при двух режимах облучения пока-
Таблица 4. Влияние предварительного облучения на число двуядерных клеток в популяции
№ донора Число ДЯ клеток в популяции (на 1000 клеток всех типов) после р*
1.0 Гр 0.05 + 1.0 Гр
Доноры с АО
1 121 296 <0.001
2 155 233 <0.001
3 57 112 <0.001
4
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.