Ученые из ИТЭБ РАН исследовали динамику уровня повреждений ДНК в лейкоцитах мышей, облученных ионами углерода

16.11.2020



Изучение биологических эффектов ускоренных тяжелых частиц на живые организмы связано с решением проблем космобиологии и медицины. Во-первых, помимо давно использующегося в радиотерапии опухолей рентгеновского или гамма-излучений в клиниках применяют облучение тяжелыми частицами такими как, быстрые ионы углерода или протоны. Воздействие этими частицами более эффективно и не повреждает окружающие здоровые ткани, т.к. основное количество энергии выделяется в конце пробега частицы в тканях - в пике Брэгга. В отличие от пучка ускоренных частиц, направленного на локальный участок тела пациента, воздействие ионизирующего излучения при пилотируемых космических полетах осуществляется на весь организм. Во-вторых, несмотря на низкие дозы и небольшие мощности доз, высокоэнергетические частицы космоса (106–1021 эВ) индуцируют повреждения ДНК клеток крови космонавтов. Побочным эффектом воздействия ускоренных частиц при радиотерапии и при долговременных космических полетах является возникновение злокачественных новообразований. Поэтому изучение биологических эффектов тяжелых частиц актуально для понимания последствий, как космических полетов, так и протоколов лечения онкологических пациентов.

Коллектив авторов из Института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН провел исследование по выявлению повреждений ДНК в лейкоцитах крови мышей, облученных ускоренными ионами углерода. Результаты работы опубликованы в International Journal of Radiation Biology.

Работа выполнена на базе Лаборатории радиационной молекулярной биологии и Лаборатории клеточной инженерии (Группа цитогенетики). Исследование комментируют заведующая Лабораторией радиационной молекулярной биологии, кандидат биологических наук Елена Ананьевна Кузнецова и старший научный сотрудник с большим опытом работы методом комета тест Сирота Николай Петрович: «Одним из методов, выявляющих широкий спектр повреждений ДНК индивидуальных клеток (одно-, двунитевые разрывы, щелочелабильные апуриновые/апиримидиновые сайты ДНК), является щелочная версия метода «комета тест». Уровень повреждений ДНК оценивали по количеству ДНК в хвосте кометы, выраженному в процентах, - % TDNA. B норме %TDNA клеток интактных организмов отражает процессы возникновения и репарации повреждений ДНК, поскольку ДНК постоянно подвергается спонтанной тепловой и гидролитической деградации, окислению и метилированию. Этот метод не требует большого количества биологического материала, что позволяет проводить мониторинг уровня повреждений ДНК клеток крови облученных животных в течение длительного пострадиационного периода.

Исследовали гены, которые участвуют в контроле клеточного цикла (CDKN1A), индукции апоптоза (BBC3, TXN2) и репарации (восстановлении) первичных повреждений ДНК (APEX1). Через сутки после облучения животных углеродом обнаружили дозозависимое (0.1–2 Гр) увеличение уровня повреждений ДНК лейкоцитов и увеличение уровней экспрессии генов CDKN1A и BBC3 в клетках костного мозга. Экспрессия других генов не изменялась».

Авторы показали, что динамика изменений уровня повреждений ДНК в лейкоцитах у мышей, облученных ионами углерода, в течение 30 дней аналогична таковой у мышей, подвергшихся воздействию сублетальных (не смертельных) доз рентгеновского излучения. Сохранение высокого уровня повреждения ДНК к 75-му дню после облучения углеродом в пике Брэгга указывает на значительное повреждение клеток из разных клеточных пулов системы крови. Высокий уровень повреждения ДНК может быть связан не только со сложными кластерными повреждениями ДНК, но и с хроническим окислительным стрессом.

Источник: E. A. Kuznetsova , N. P. Sirota , I.Yu. Mitroshina , V. A. Pikalov , E.N. Smirnova , O.M. Rozanova , S.I. Glukhov , T.V. Sirota & S.I. Zaichkina. DNA damage in blood leukocytes from mice irradiated with accelerated carbon ions with an energy of 450 MeV/nucleon. International Journal of Radiation Biology.

https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1807640

(JPG, 27 Kб)

Фотография. Микрофотография нуклеоидов лейкоцитов крови мышей с высоким уровнем повреждений ДНК.
Хорошо видны голова и хвост «кометы».
Фото предоставлено сотрудниками Лаборатории радиационной молекулярной биологии
ИТЭБ РАН.


Подразделы

Объявления

©РАН 2020