МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ. КЛЕТОЧНЫЙ

Скачать презентацию МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ. КЛЕТОЧНЫЙ Скачать презентацию МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ. КЛЕТОЧНЫЙ

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ.ppt

  • Количество слайдов: 21

>  МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ. КЛЕТОЧНЫЙ  УРОВЕНЬ   (лекция 1) МОЛЕКУЛЯРНО- ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ РАДИАЦИИ. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ (лекция 1)

>   Повреждающее действие радиации на клеточном уровне   реализуется в основном Повреждающее действие радиации на клеточном уровне реализуется в основном за счет ее прямого ионизирующего действия и образования свободных радикалов. При этом, в случае радиации с низкой ЛЭП (линейна энергия перехода) (рентгеновское и гамма излучения), эффект облучения реализуется в основном по свободнорадикальному механизму, а в случае излучений с высокой ЛЭП (протоны, -частицы) он опосредуется ионизацией молекул, которые вследствие этого утрачивают некоторые свои характеристики и становятся биологически неактивными. Свободные радикалы представляют собой нейтральные атомы или молекулы, имеющие неспаренные электроны. Хорошим примером образования свободных радикалов может служить радиолиз воды. Учитывая, что любая клетка состоит более чем на 90% из воды, можно представить себе насколько важным является этот процесс при воздействии радиации на клетку. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>   При воздействии радиации молекула воды распадается на водород   и При воздействии радиации молекула воды распадается на водород и гидроксил-радикал: Н 2 О Н + ОН Процесс взаимодействия свободных радикалов в дальнейшем протекает следующим образом: Н + Н Н 2 ОН + ОН Н 2 О 2 Наличие свободного кислорода в клетке может привести к образованию дополнительных радикалов: Н + О 2 НО 2 + НО 2 Н 2 О 2 + О 2 Органические молекулы (RH) могут вступать во взаимодействие со свободными радикалами, образуя при этом органические радикалы (R ): RH + НО R + Н 2 О Органические радикалы (R ) могут вступать во взаимодействие со свободным кислородом с образованием перокси-радикалов (RО 2 ): R + О 2 RО 2 Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  При изучении влияния радиации на клетки in vitro основным  критерием оценки При изучении влияния радиации на клетки in vitro основным критерием оценки эффективности воздействия является сохранение клетками способности к делению и образованию видимых колоний. Основным параметрам - эффективность посева (ЭП, процент клеток, образующих видимые колонии). Популяция клеток, возникающих из единичной клетки рассматривается как клон, в то время как популяция, берущая начало от нескольких или многих клеток рассматривается как колония. При проведении экспериментов по изучению выживаемости клеток, желательно использовать клеточные линии, у которых частота колонеобразования (эффективность посева) составляет 100%. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  Методика оценки эффективности посева имеет   существенные ограничения.   - Методика оценки эффективности посева имеет существенные ограничения. - часто видимые колонии идентифицируются как микроколонии , возникающие по причине не репродуктивной гибели клеток, а просто вследствие замедления темпа пролиферации. - дифференцированный подсчет колоний и микроколоний носит в значительной степени субъективный характер. Вследствие этого вопрос микроколоний в облученных клеточных культурах может приобретать критическое значение при оценке эффективности воздействия. На основании учета частоты колониеобразования при различных режимах и дозах радиационного воздействия можно построить так называемые кривые выживания. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>     Рис. 1. Схематическое представление кривых выживания   Рис. 1. Схематическое представление кривых выживания (А - экспоненциальная; В -сигмоидная кривая) Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  К числу основных характеристических параметров кривых  выживания относятся следующие:  ЭП К числу основных характеристических параметров кривых выживания относятся следующие: ЭП - Эффективность посева, процент клеток, способных к образованию колоний. Dq - Квазипороговая доза для данной клеточной линии. Этот параметр в основном зависит от типа используемых клеток и от условий культивирования. Do - Доза, уменьшающая долю выживших клеток до величины, равной 1/е (примерно 37% выживание). Этот параметр изначально был определен для раковых клеток млекопитающих (2 Гр. ) и человека (3 Гр. ). Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  n - Экстрополяционный коэффициент, его   значение может  быть n - Экстрополяционный коэффициент, его значение может быть получено при экстраполяции экспоненциальной части сигмоидной кривой на абсциссу. N - Коэффициент умножение клеточной популяции, определяется как число клеток на колонию за экспериментальный период времени. Фракция выживших клеток может быть рассчитана следующим образом: Число колоний Фракция выживших = ------------------- Кол-во клеток высева х (ЭП/100) Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  На примере культуры почечных клеток человека (Т-1) было показано, что облучение в На примере культуры почечных клеток человека (Т-1) было показано, что облучение в дозах 21 -87 рад. инактивирует репродуктивную активность клеток в соответствии с линейной зависимостью. При этом, при облучении в дозе 21 рад с использованием методики дозового фракционирования не было выявлено какой-либо репарации сублетальных повреждений. На основании этого было сделано заключение, что в области малых доз применима линейная гипотеза - фракция выживших клеток изменяется пропорционально дозовой нагрузке. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>   Для объяснения существования Для объяснения существования "плеча" в случае сигмоидной кривой выживаемости было предложено два дополнительных положения: "Плечо" отражает период накопления сублетальных повреждений до уровня, необходимого для потери репродуктивности. "Плечо" отражает наличие процессов репарации после радиационного воздействия и становится менее выраженным по мере нарастания дозовой нагрузки. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  Sinclair предположил существование   дополнительного фактора, Q , который определяет Sinclair предположил существование дополнительного фактора, Q , который определяет выраженность плеча кривой выживания в зависимости от прохождения клеток по клеточному циклу. Alper выделил в Q -факторе две составляющие - Q (репарация) и Q (повреждение). Таким образом, если облучаемые клетки дефектны в отношении репарации или дозовое воздействие достаточно велико, чтобы преодолеть репарационные возможности клетки, кривая выживания будет экспоненциальной на всем протяжении, в следствии доминирования компоненты Q (повреждение) (Q(репарация) = 0). Молекулярные маркеры экологического воздействия

> В ряде случаев, линейная гипотеза оказалась несостоятельной и для математического моделирования были предложены В ряде случаев, линейная гипотеза оказалась несостоятельной и для математического моделирования были предложены квадратическая и динейноквадратическая гипотезы. Квадратическая гипотеза количественно описывает фракцию выживания как функцию квадрата дозы. Эта гипотеза носит весьма ограниченный характер и используется в очень редких случаях. Линейно-квадратическая гипотеза базируется на предположении о существовании 2 компонент, определяющих гибель клеток - одна из них пропорциональна дозе (линейная компонента), другая ( квадратическая ) - квадрату дозы. При этом обе компоненты могут быть обусловлены одними и теми же клеточными повреждениями и зависят от дозы, типа и интенсивности облучения, а не являются следствием сосуществования двух независимых процессов повреждения. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>    Значительный вклад в трактовку данных,    касающихся клеточных Значительный вклад в трактовку данных, касающихся клеточных радиационных эффектов и, в частности, в анализ кривых выживания внесла теория мишени, большой вклад в разработку которой внес известный русский ученый Н. В. Тимофеев-Рисовский. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>      ТЕОРИЯ МИШЕНИ  Проведя сравнительный анализ данных по ТЕОРИЯ МИШЕНИ Проведя сравнительный анализ данных по содержанию в клетках ДНК и относительной радиочувствительности, Terzi сделал заключение о том, что все организмы можно разделить на 4 класса, в каждом из которых сохраняется определенное соотношение объем мишени - содержание ДНК. Позже, Kaplan и Moses расширили эту концепцию, добавив положение о наличии линейной зависимости между логарифмами содержания ДНК и радиочувствительностью. Для гаплоидных организмов соотношение объем мишени - содержание ДНК составляет приблизительно 0, 033. В то же время необходимо помнить, что Молекулярные маркеры экологического воздействия

> 1.    Только     3%  ДНК 1. Только 3% ДНК важной для клетки; 2. 1 из 30 радиационных событий вызывает летальные повреждения ДНК; 3. До 97% повреждений ДНК восстанавливается за счет активности репарационных систем 4. Только 3% ДНК подвержено радиации, в то время как 97% защищено белковой оболочкой. Молекулярные маркеры экологического воздействия

>   Рис. 2. Основные типы радиационных повреждений ДНК Молекулярные маркеры экологического воздействия Рис. 2. Основные типы радиационных повреждений ДНК Молекулярные маркеры экологического воздействия

>    КОНЦЕПЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ   Еще в 1959 году при КОНЦЕПЦИЯ КЛЕТОЧНОЙ РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Еще в 1959 году при изучении радиационных эффектов на половых железах крыс, Bergonie и Tribondeau выдвинули концепцию радиочувствительности клеток, которая в целом осталась неизменной до наших дней: Чувствительность клеток к радиации прямопропорциональна их репродуктивной активности и обратнопропорциональна степени их дифференциации. На основании кинетических и репродуктивных характеристик тканевые клеточные системы могут быть разделены на 4 основные категории: Молекулярные маркеры экологического воздействия

>1.  Клеточные  популяции стволового  типа. Это самообновляющиеся системы, основная функция которых 1. Клеточные популяции стволового типа. Это самообновляющиеся системы, основная функция которых заключается в продуцировании клеток для других клеточных систем организма. Примером такого типа систем могут служить, например, стволовые клетки костного мозга или эпителия. Основываясь на данных радиационной патологии эту группу можно рассматривать как чрезвычайно чувствительную к радиационным воздействиям. 2. Делящиеся переходные клеточные популяции. Как правило, они представлены клетками, поступающими из стволового пула. Эти клетки уже начинают дифференцироваться однако еще не утратили полностью своего митотического потенциала. Примером такого типа популяций может служить пул ретикулоцитов костного мозга или клетки базального слоя кожи. В некоторых случаях радиочувствительность этих клеток может быть даже несколько выше, чем клеток стволового пула Молекулярные маркеры экологического воздействия

> 3. Простые переходные популяции. Они репопулируются за  счет клеток делящихся переходных популяций 3. Простые переходные популяции. Они репопулируются за счет клеток делящихся переходных популяций и в дальнейшем передают их в статически закрытый зрелый пул функционально дифференцированных клеток. В этом пуле продолжается дифференцировка клеток. Примером такого типа клеточных популяций могут служить ранние эритроидные и лимфоидные клетки. Этот клеточный пул иногда также обозначают как пост-митотический. С точки зрения радиобиологии он представлен стабильными и относительно радиорезистентными клетками Молекулярные маркеры экологического воздействия

>  4. Закрытые статические популяции. Эти клеточные   популяции представлены зрелыми 4. Закрытые статические популяции. Эти клеточные популяции представлены зрелыми высоко дифференцированными клетками, полностью лишенными митотического потенциала. Как правило, эти клетки предназначены для выполнения высоко специализированных ограниченных функций, имеют определенный период жизни и погибают за счет апоптоза. Прекрасным примером клеточных популяций такого типа являются клетки нервной системы человека. Вследствие того, что эти клетки жестко фиксированы в пост-митотическом состоянии, она, как правило, высоко резистентны в отношении радиационных воздействий. Молекулярные маркеры экологического воздействия

> Рис. 3. Динамика гемопоэза после облучения в дозе 500 рад. (1 - стволовой Рис. 3. Динамика гемопоэза после облучения в дозе 500 рад. (1 - стволовой пул; 2 - пул делящихся и созревающих клеток; 3 - пул созревающих клеток; 4 - пул зрелых клеток крови (статическая популяция) Молекулярные маркеры экологического воздействия