РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 584-590
КОМБИНИРОВАННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
УДК 577.2.0173:[539.1.04+535-31]:57.042
ПАРАМЕТРЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАЗРЫВОВ ДНК АСЦИТНЫХ КЛЕТОК ЭРЛИХА ПОСЛЕ КОМБИНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ГИПЕРТЕРМИИ
© 2007 г. Л. Н. Комарова, В. Г. Петин*, А. С. Саенко
ГУ Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
В работе описана математическая модель пострадиационного восстановления разрывов ДНК и представлена методология, позволяющая дифференцировать механизм подавления восстановления разрывов ДНК после комбинированных воздействий ионизирующего излучения и гипертермии. С использованием этой модели и результатов, опубликованных другими авторами для разрывов ДНК асцитных клеток Эрлиха, получены данные, показывающие, что доля ДНК-повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться после последовательного терморадиационного воздействия, возрастает с увеличением термической нагрузки при незначительном уменьшении постоянной восстановления. Это означает, что механизм ингибирования восстановления разрывов ДНК в большей степени реализуется через формирование необратимых повреждений, а не через угнетение самого процесса восстановления.
Терморадиационное воздействие, разрывы ДНК, математическая модель, необратимый компонент, постоянная восстановления, асцитные клетки Эрлиха.
Существует большое количество работ по лечению злокачественных новообразований с использованием ионизирующего излучения и различных физических и химических агентов, включая гипертермию. Это направление лечения опухолей является перспективным, поскольку данные факторы в определенных условиях взаимно усиливают инактивирующее действие друг друга. Механизм такого синергического взаимодействия связывают с ингибированием процессов восстановления ДНК. В настоящее время эффективность воздействия ионизирующих излучений на клетки в основном связывают с образованием нерепарируемых двойных разрывов ДНК, поскольку исследования показали, что именно двойные разрывы ДНК ответственны за возникновение мутаций, неправильное деление и последующую инактивацию клеток [1-5]. Однонитевые разрывы ДНК почти не оказывают влияния на эффективность воздействия облучений [6].
Однако несмотря на существование большого количества работ, посвященных восстановлению ДНК-разрывов после комбинированных воздействий различных факторов [7-10], не было выяснено, связано ли ингибирование пострадиационного восстановления при терморадиационном воздействии с угнетением самих процессов восстановления либо с формированием поврежде-
* 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: vgpetin@ yahoo.com.
ний, от которых клетка не способна восстанавливаться. Следовательно, количественная оценка вклада этих параметров в угнетение восстановления после терморадиационного воздействия является актуальной задачей. Представляет интерес исследовать влияние гипертермии на скорость воссоединения разрывов ДНК, индуцированных ионизирующим излучением. В работе [11] было показано, что при температурах 43-45°С, воздействующих до облучения ионизирующей радиацией, зарегистрировано прогрессивное ингибирование восстановления разрывов ДНК с увеличением продолжительности действия этих температур. Более того, длительное действие этих температур приводило к полному ингибированию восстановления. Ингибирование восстановления разрывов ДНК по мнению авторов работы [11] является причиной синергического взаимодействия гипертермии и ионизирующего излучения. Однако авторы этой работы не оценивали количественно параметры, описывающие процесс пострадиационного восстановления - константу восстановления, характеризующую долю репари-руемых радиационных повреждений, восстанавливаемых в единицу времени, и необратимый компонент радиационного поражения, определяющий долю радиационных повреждений, от которых клетки не способны восстанавливаться. Оба эти параметра могли влиять на уменьшение как скорости, так и объема восстановления разрывов ДНК. Поэтому цель данной работы заключалась в оценке параметров восстановления разрывов
ДНК асцитных клеток Эрлиха после комбинированного воздействия гипертермии и ионизирующего излучения, основанной на результатах, опубликованных авторами работы [11].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
Обширные экспериментальные исследования по ингибированию гипертермией восстановления разрывов ДНК, индуцированных ионизирующей радиацией, были проведены с асцитными клетками Эрлиха in vitro [11]. Асцитные клетки Эрлиха облучали in vitro рентгеновским излучением (200 кВ, 15 мА, мощность дозы 6 Гр/мин, фильтры 0.5 мм Cu и 0.5 мм Al). Восстановление от радиационных повреждений происходило в водяной бане при 37°С. Разрывы нитей ДНК определяли методом контролируемой щелочной денатурации с последующей нейтрализацией и разделением фракций однонитевых и двунитевых разрывов ДНК на колонках с гидроксиапатитом. Различные тепловые воздействия были применены непосредственно перед воздействием ионизирующего излучения. В работе [11] более детально описаны использованные материалы и методы для оценки кинетики восстановления ДНК-разрывов асцитных клеток Эрлиха.
Математическое описание
процессов восстановления
Было показано [12, 13], что процесс восстановления дрожжевых клеток может описываться функцией изменения эффективной дозы D^(t) с увеличением продолжительности t пострадиационного восстановления в соответствии с уравнением
Тогда отношение
K( t) = Dэф (t)
(3)
Dэф( t) = Di [K + (1- K)t],
(1)
показывает относительную часть дозы или долю радиационных повреждений, которая не была восстановлена или восстановлена ошибочно к моменту времени t. Из уравнений (1) и (2) следует, что
в = - 1п [ дзф (т) - рзф ) ] / [ А - в зф ( ~ ) ] (4)
Введем обозначение Л(0, равное [Вэф(0 - ВЭф(^)]/ В - В3ф(^)]. Тогда уравнение (4) принимает вид
в = -ln A (t) It.
(5)
где - начальная доза облучения, е - основание натуральных логарифмов, в - константа восстановления, показывающая долю репарируемых повреждений, восстанавливаемых в единицу времени, К - необратимый компонент радиационного поражения, характеризующий долю невосста-навливаемых повреждений и определяемый уравнением
К = К(~) = Взф (~) /Вь (2)
где ВЭф(^) - зффективная доза, соответствующая плато кривой восстановления, демонстрирующее прекращение восстановления и существование необратимых радиационных повреждений, образованных как за счет формирования невосстанав-ливаемых первичных радиационных повреждений, так и в результате ошибок, возникающих в процессе многозтапного сложного молекулярного процесса восстановления [1].
Если общее число восстанавливаемых повреждений при t = 0 принять за единицу, то функция Л^) отражает долю таких повреждений, восстановленных к моменту времени t. Экспериментальные кривые зависимости выхода разрывов ДНК от дозы, полученные сразу после воздействия излучения и другого фактора, а также кривые восстановления, полученные зксперимен-тально после различных режимов воздействия, позволяют найти Вэф(0, В(^) и Л^). Это, в свою очередь, позволяет по уравнению (3) построить кривые зависимости доли невосстановленных повреждений К от продолжительности восстановления t, по уравнению (2) рассчитать значения необратимого компонента К(^), а с использованием зависимости Л(0 и уравнения (5) рассчитать константу восстановления в.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Из данных, представленных в работе [11] после последовательного применения гипертермии (42°С в течение 60 и 150 минут) и рентгеновского излучения в дозе 6 Гр, видно, что действие тепла не приводило к повышению выхода разрывов ДНК по сравнению с одним облучением, но уменьшало скорость и объем восстановления. Эти зкспериментальные данные позволили нам рассчитать долю К(0 невосстановленных к моменту времени t разрывов ДНК (уравнение), а также долю Л(0 восстанавливаемых ДНК-разрывов (уравнение) в зависимости от продолжительности пострадиационного восстановления. Результаты наших расчетов приведены на рис. 1, а, параметры восстановления суммированы в таблице. Из зтой таблицы и данных рис. 1, а видно, что необратимый компонент радиационного поражения несколько возрастает после последовательного действии гипертермии 42°С и ионизирующего излучения в дозе 6 Гр. На рис. 1, б приведены зависимости Л(0, рассчитанные нами для зтих условий воздействия. Видно, что репарация повреждений ДНК подразделяется на два компо-
дает значение константы восстановления, равное 0.16 ± 0.02 мин-1. Вероятность медленного восстановления также практически не зависит от условий терморадиационного воздействия (таблица). Важно отметить, что доля медленно восстанавливающихся повреждений ДНК возрастает с 20% при действии одного рентгеновского излучения до 40 и 80% после предварительного действия гипертермии (42°С) в течение 60 и 150 мин соответственно и последующего облучения в дозе 6 Гр.
Для данных, опубликованных в работе [11] для асцитных клеток Эрлиха после последовательного применения гипертермии (43°С в течение 30, 60, 90 и 120 мин) и рентгеновского излучения в дозе 6 Гр, показано, что действие тепла снова не приводило к повышению выхода разрывов ДНК по сравнению с одним облучением, но уменьшало скорость и объем восстановления. Регистрируемое ингибирование восстановления разрывов ДНК прогрессивно возрастало с увеличением продолжительности действия гипертермии. Эти экспериментальные данные позволили нам рассчитать долю К(0 невосстановленных разрывов ДНК к моменту времени t, а также долю Л(0 восстанавливаемых ДНК-разрывов в зависимости от продолжительности пострадиационного восстановления при различных условиях терморадиационного воздействия. Результаты наших расчетов приведены на рис. 2. Данные этого рисунка позволили нам рассчитать необратимый компонент радиационного поражения и константу восстановления. Значения этих параметров суммированы в таблице.
Параметры восстановления разрывов цепей ДНК асцитной карциномы Эрлиха после последовательного комбинированного действия тепла и рентген
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.