ФГБУН «Уральский научно-практический центр радиационной медицины» ФГБОУ ВПО «Челябинский государственный университет» Эффекты радиационного облучения в диапазоне малых и средних доз Лекция № 1 Доцент кафедры рад. биологии биологического факультета Чел. ГУ, научный сотрудник ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России, к. б. н. Блинова Е. А.
• Ионизирующее излучение – это излучение способное вызывать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. При каждом акте ионизации высвобождается энергия превышающая энергию, требуемую для разрыва связей между атомами и молекулами. • • Электромагнитное излучение: γ-излучение и рентгеновское излучение. Корпускулярное: α-излучение, β-излучение, нейтроны, ускоренные ионы и πмезоны.
История развития представлений о радиоактивности 1895 г. - открытие Вилгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей 1896 г. -открытие Антуаном Анри Бекерелем естественной радиоактивности урана
1898 г. – выделение Марией Кюри-Складовской и Пьером Кюри двух элементов с высоким уровнем радиоактивности (полоний и радий).
Дозы облучения и источники • Персонал 20 м. Зв в год • Население 1 м. Зв в год Космическое облучение и радионуклиды – 1, 28 м. Зв Радионуклиды в теле – 0, 26 м. Зв Радон – 0, 26 м. Зв Флюорография – 0, 04 м. Зв 7 ч полета на самолете – 0, 05 м. Зв
Виды эффектов и диапазоны доз Диапазон доз Величина поглощённой дозы излучения Очень малые дозы Менее 10 м. Гр Малые дозы От 10 м. Гр до 100 м. Гр Средние дозы От 100 м. Гр до 1 Гр Большие дозы От 1 Гр до 10 Гр Очень большие дозы Свыше 10 Гр Детерминированные эффекты (тканевые) – проявляются в повреждении или гибели клеток, что выражается в тканевых реакциях. Имеют порог дозы и могут быть прямо выявлены у облученного индивидуума. Стохастические эффекты – возникаю в виде мутаций и экспрессируются в виде клинических проявлений. Не имеют порога дозы и выявляются эпидемиологическими методами.
Эффекты радиации в очень малых дозах до 0, 01 Гр • Повреждения ДНК • Клеточная гибель (Репродуктивная гибель Апоптоз) • Индукция репарации ДНК • Гормезис • Гиперрадиочувствительность • Эпидемиологические эффекты
Эффекты радиации в малых дозах (0, 01 – 0, 1 Гр) • • Простые и комплексные повреждения ДНК Апоптоз Индукция репарации ДНК Гормезис Нестабильность генома, эффект свидетеля Цитогенетические эффекты Эпидемиологические эффекты Детерминированные эффекты
Эффекты радиации в средних дозах (0, 1 – 1 Гр) • • Повреждение ДНК, апоптоз, репарация Гормезис Нестабильность генома, эффект свидетеля Цитогенетические эффекты Эпидемиологические эффекты Наследственные генетические эффекты Детерминированные эффекты: Порог нарушений в хрусталике, временное угнетение сперматогенез, супрессия систем кроветворения, умственная отсталость при облучении in utero.
Эффекты радиации в больших дозах (1 – 10 Гр) • Повреждения ДНК • Апоптотическая и некротическая гибель клеток • Наследственные генетические эффекты • Эпидемиологические эффекты • Детерминированные эффекты: острая и хроническая лучевая болезнь, эритемы
Эффекты радиации в очень больших дозах (свыше 10 Гр) • Эпидемиологические эффекты • Детерминированные эффекты: кишечный и церебральный синдром, лучевые ожоги и язвы.
Радиационно-индуцированная нестабильность генома. Эффект свидетеля Лекция № 2 Доцент кафедры рад. биологии биологического факультета Чел. ГУ, научный сотрудник ФГБУН УНПЦ РМ ФМБА России, к. б. н. Блинова Е. А.
Схема реализации радиационных эффектов Клетка Первичные повреждения ДНК Задержка клеточного цикла Гибель клеток (апоптоз) Изменение экспрессии генов Репарация Фиксация повреждений в виде мутаций Нарушение сигнальных механизмов клетки Восстановление клеточных функций Синтез мутантных белков Онкогенная трансформация, нестабильность генома, увеличение радиочувствительности, старение, гибель клеток, эпигенетические изменения
Гены вовлеченные в клеточный ответ при действии ионизирующего излучения J. Wade Harper, Stephen J. Iledge. The DNA Damage Response: Ten Years After// Molecular Cell. -2007
Радиационно-индуцированная нестабильность генома
РИНГ – это повышение вероятности возникновения непредсказуемых дефектов у потомков облученных клеток. Признаки: • Отсроченная репродуктивная гибель и апоптоз • Дестабилизация хромосом у потомков облученных клеток • Соматические мутации (точковые) • Изменение радиочувствительности • Отсроченное подавление пролиферации • Онкогенная трансформация Косвенные показатели : • Активация белка TP 53 — индуктора апоптоза • Определение содержания активных форм кислорода у потомков облученных клеток/тканей • Изменения активности ферментов (протеинкиназ).
Механизмы Формирования РИНГ • • Активные формы кислорода Контроль клеточного цикла Эпигенетическая регуляция Изменения в теломерах
Индукция РИНГ активными формами кислорода • Для клеток с НГ характерен повышенный уровень активных форм кислорода • Выращивание облученных кератиноцитов человека в присутствии антиоксидантов изменяло выраженность проявления РИНГ. • Воздействие ионизирующей радиации на клетки-прародители на фоне ингибиторов окислительного стресса снижает проявления РИНГ у клонов-потомков. • Радиационное воздействие на нормальные эмбриональные клетки человека в условиях гипоксии (2% кислорода) подавляло ряд отсроченных генетических эффектов и гибель клетокпотомков по сравнению с генерациями из контрольных клеток, облучавшихся при 20% кислорода. • Передача повреждающего/стимулирующего сигнала от облученных клеток необлученным ( «эффект свидетеля» ) через клеточные контакты или через среду инкубации может опосредоваться, в том числе, свободными радикалами или окисью азота.
Эпигенетические механизмы РИНГ Эпигенотип клетки — это спектр функционирующих в данный конкретный момент генов. Теоретически к основам эпигенетических изменений относят: • Наследование при репликации ДНК связанных с ней белков. Дочерние клетки получают от материнской часть белков и м. РНК в виде готовых к функционированию и защищенных от нуклеаз информосом, способных через трансляционные продукты после митоза принять участие в формировании тканеспецифического эпигенотипа. • Наследование общей схемы метилирования или ацетилирования ДНК. • Наследование последовательностей ДНК с локальными конформационными перестройками.
Эффект свидетеля определяется как наличие биологических эффектов в необлученных клетках в результате воздействия ионизирующего излучения на другие клетки. Эффекты: хромосомные аберраци, микроядра, генные мутации, апоптоз, непластическая трансформация.
Подходы для детекции ЭС • Перенос питательной среды от облученных клеток к необлуенным • Культуры содержащие клетки подвергшиеся облучению и интактные соседние клетки • Радиоактивно меченные клетки, находяиеся в смеси с не меченными клетками собранными в многоклеточные скопления
Предполагаемые механизмы • 1. Взаимодействие клетка/клетка. При помощи межклеточных контактов, которые включают р53 опосредованный путь проведения сигнала повреждения • 2. Вещества высвобождающиеся облученными клетками в среду. Облученные клетки секретируют цитокины или другие факторы, которые в необлученных клетках повышают внутриклеточный уровень активных форм кислорода.
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию ФГБУН Уральский научно-практический центр радиационной медицины ФГБОУ ВПО
ЛМ 02.09.2015 Блинова Евгения Андреевна - Лекция 1+2.pptx